Das Gehirn, lateinisch cerebrum, griechisch enkephalon, ist bei Wirbeltieren und Menschen der Teil des Nervensystems, der sich innerhalb der Schädelkapsel befindet. Es ist das Kontrollzentrum des Körpers und verantwortlich für die Verarbeitung von Informationen, das Auslösen von Reaktionen und die Steuerung von Bewusstsein, Gedächtnis und Emotionen.
Entwicklung und Struktur des Gehirns
In der Keimesentwicklung entsteht das zentrale Nervensystem (ZNS) aus dem Ektoderm als ein stabförmiges Hohlorgan, das Neuralrohr. Der vordere Teil dieses Rohres bildet drei Bläschen: das primäre Vorder-, Mittel- und Rautenhirn. Durch weitere Teilung von Vorder- und Rautenhirn entstehen fünf Abschnitte:
- Vorderhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon) mit Hypothalamus, Thalamus, Metathalamus und Epithalamus
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Hinterhirn (Metencephalon)
- Nachhirn (Myelencephalon, verlängertes Mark, Medulla oblongata)
Bei niederen Wirbeltieren ist das Vorderhirn hauptsächlich ein Riechhirn. Bei höheren Wirbeltieren entwickelt es sich zum Großhirn, das beim Menschen das Zwischen- und Mittelhirn überwölbt.
Bestandteile des Gehirns
Das Gehirn lässt sich in verschiedene Hauptbereiche unterteilen, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen:
Großhirn (Cerebrum)
Das Großhirn ist der größte Teil des menschlichen Gehirns und das Zentrum für Sinnesempfindungen, Willkürhandlungen, Bewusstsein, Gedächtnis und geistige Leistungen. Es besteht aus zwei Hälften, den Hemisphären, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind.
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Großhirnrinde (Cortex cerebri): Die äußere Schicht des Großhirns, etwa 2,5 mm dick, ist die Hirnrinde. Sie besteht aus grauer Substanz, die reich an Nervenzellkörpern ist (ca. 10 bis 14 Milliarden Zellen). Die Hirnrinde ist stark gefaltet, wodurch sich ihre Oberfläche vergrößert. Diese Faltungen bilden Windungen (Gyri) und Furchen (Sulci). Die Zentralfurche (Sulcus centralis) und die Sylvische Furche (Fossa sylvii) teilen jede Hirnhälfte in Stirn-, Scheitel-, Schläfen- und Hinterhauptslappen (Lobus frontalis, parietalis, temporalis und occipitalis) ein.
- Funktionszentren: Bestimmte Bereiche der Hirnrinde sind spezifischen Funktionen zugeordnet:
- Motorische Rinde (vordere Zentralwindung): Steuerung der Muskelbewegungen.
- Sensorische Rinde (hintere Zentralwindung): Wahrnehmung von Empfindungen.
- Sprachzentrum: Sprachproduktion (motorisches Sprachzentrum) und Sprachverständnis (sensorisches Sprachzentrum) im Schläfenbereich der linken Hemisphäre.
- Hörrinde: Verarbeitung akustischer Informationen.
- Sehzentrum: Verarbeitung visueller Informationen in der rechten Gehirnhälfte.
- Kurzzeitgedächtnis: Das Kurzzeitgedächtnis befindet sich direkt hinter der Stirnseite, als Teil des Frontallappens der Großhirnrinde. Es speichert Informationen für 20-45 Sekunden.
- Limbisches System: Das limbische System, in der Hirnrinde in der Nähe der Ohren gelegen, steuert Emotionen und Triebverhalten.
Weiße Substanz: Unterhalb der Hirnrinde befindet sich die weiße Substanz, die aus den markhaltigen Nervenfasern besteht. Diese Fasern verbinden die verschiedenen Bereiche der Hirnrinde miteinander und mit anderen Teilen des Gehirns und des Rückenmarks.
Basalganglien (Corpus striatum): Tiefer im Großhirn liegen die Basalganglien, zu denen der Nucleus caudatus und das Putamen gehören. Sie sind wichtig für die Steuerung von Bewegungen.
Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn befindet sich hinter dem Großhirn und dient der Koordination von Bewegungen und der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts. Es empfängt Informationen vom statischen Organ (im Ohr) und anderen Teilen des Gehirns. Alle erregenden Zuflüsse in das Kleinhirn werden nach höchstens zwei Synapsen in Hemmung überführt.
Hirnstamm (Truncus cerebri)
Der Hirnstamm verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und besteht aus Mittelhirn, Brücke (Pons) und verlängertem Mark (Medulla oblongata). Er enthält wichtige Zentren für die Steuerung von Atmung, Herzschlag und Blutdruck. Im Hirnstamm liegen auch die Ursprungsorte der zwölf Hirnnervenpaare.
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- Mittelhirn (Mesencephalon): Das Mittelhirn ist nach oben durch das Zwischenhirn und nach unten durch die Brücke begrenzt. In der Mittelhirnhaube (Tegmentum mesencephali) befinden sich Ansammlungen von Nervenzellkörpern für Muskelaktivitäten (Substantia nigra, Nucleus ruber) und für die Hirnnerven III und IV.
- Brücke (Pons): Die Brücke ist nach unten durch das verlängerte Mark, nach oben durch das Mittelhirn und nach hinten durch das Kleinhirn begrenzt. Sie enthält Nervenzellkörper für die Hirnnerven V bis VIII sowie Teile des Atem-, Kreislauf- und Aktivitätszentrums.
- Verlängertes Mark (Medulla oblongata): Das verlängerte Mark geht nach unten direkt ins Rückenmark und nach oben in die Brücke über. In seinem hinteren Anteil befinden sich die Ursprungsorte für die Hirnnerven IX bis XII. Im vorderen Anteil verdickt sich die Pyramidenbahn, die Nervenbahn für die Muskelantworten.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn liegt zwischen Großhirn und Mittelhirn und besteht aus Thalamus und Hypothalamus.
- Thalamus: Der Thalamus ist ein paariges Kerngebiet, in dem alle sensorischen Bahnen gesammelt und zum letzten Mal vor den Projektionsfeldern der Großhirnrinde umgeschaltet werden. Hier werden die Informationen emotional gefärbt, bevor sie im Großhirn zum Erlebnis werden. Der Thalamus steuert auch die elektrische Aktivität des Großhirns und damit die Aufmerksamkeits- und Wachheitsfunktionen.
- Hypothalamus: Der Hypothalamus ist das höchste Zentrum des autonomen (vegetativen) Nervensystems. Er koordiniert und integriert die vegetativen Körperfunktionen sowie den Hormonhaushalt (Kohlehydratstoffwechsel, Wasser- und Salzhaushalt, Wärmegleichgewicht und Sexualfunktionen). Hier finden sich auch Zentren der motivationalen Bekräftigung (Hunger, Sexualität). Indirekt werden auch Herzschlag und Atmung beeinflusst. Zum Hypothalamus gehört auch das limbische System, das vegetativ-emotional-psychische Steuerfunktionen hat.
Anhängsel des Hypothalamus:
- Zirbeldrüse (Epiphyse): Eine Drüse mit innerer Sekretion, die in Zusammenarbeit mit dem Zwischenhirn Wachstum, Geschlechtsreife und Blutdruck regelt.
- Hypophyse (Glandula pituitaria): Eine zweigeteilte Drüse (Vorderlappen oder Adenohypophyse und Hinterlappen oder Neurohypophyse), die Hormone abgibt und vom Hypothalamus gesteuert wird.
Hirnnerven
Es gibt insgesamt zwölf Hirnnervenpaare, die direkt aus dem Gehirn entspringen und verschiedene Funktionen im Kopf- und Halsbereich steuern:
- Nervus olfactorius (Riechnerv): Geruchswahrnehmung.
- Nervus opticus (Sehnerv): Sehen.
- Nervus oculomotorius (Augenmuskelnerv): Bewegung der Augenmuskeln, Pupillenreaktion.
- Nervus trochlearis: Bewegung der Augenmuskeln.
- Nervus trigeminus: Gefühlsempfindungen im Gesicht, Kaumuskulatur, Kornealreflex.
- Nervus abducens: Bewegung der Augenmuskeln.
- Nervus facialis (Gesichtsnerv): Gesichtsmuskulatur (Mimik), Geschmack, Speichel- und Tränenfluss.
- Nervus vestibulocochlearis: Hören, Gleichgewicht.
- Nervus glossopharyngeus (Zungen-Rachen-Nerv): Geschmack, Schlucken.
- Nervus vagus (Vagusnerv): Steuerung innerer Organe (Herz, Lunge, Verdauungstrakt).
- Nervus accessorius: Steuerung von Hals- und Schultermuskeln.
- Nervus hypoglossus (Zungennerv): Bewegung der Zunge.
Hirnhäute (Meningen)
Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben, die es schützen und ernähren:
- Dura mater (harte Hirnhaut): Die äußerste, derbe Hirnhaut, die dem Schädelknochen anliegt und ihn gleichzeitig als Knochenhaut (Periost) auskleidet. Sie bildet Duplikaturen (Hirnsichel, Kleinhirnsichel, Kleinhirnzelt), die die Lage der Gehirnteile sichern. Die Dura mater verfügt über zahlreiche Schmerzrezeptoren.
- Arachnoidea (Spinnwebenhaut): Die mittlere Hirnhaut, die gefäßlos ist und über Bälkchen und Häutchen mit der Pia mater verbunden ist. Sie bildet eine Abschlussmembran für den Liquor. Über Arachnoidalzotten wird der Liquor aus dem Subarachnoidalraum resorbiert und ins Blut abgegeben.
- Pia mater (weiche Hirnhaut): Die innerste Hirnhaut, die dem Gehirn direkt aufliegt und alle Furchen und Vertiefungen auskleidet. Sie führt die Gefäße und Nerven, die in das Gehirn hineinführen.
Zwischen den Hirnhäuten befinden sich Räume:
- Subduralraum: Zwischen Dura mater und Arachnoidea.
- Subarachnoidalraum: Zwischen Arachnoidea und Pia mater, gefüllt mit Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit).
Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit)
Der Liquor ist eine klare, farblose Flüssigkeit, die das Gehirn und Rückenmark umgibt. Er dient als Schutzpolster, transportiert Nährstoffe und entfernt Stoffwechselprodukte. Der Liquor wird in den Hirnkammern (Ventrikeln) produziert und zirkuliert durch das Ventrikelsystem und den Subarachnoidalraum.
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Der Schädel (Cranium)
Der Schädel ist die knöcherne Struktur, die das Gehirn umgibt und schützt. Er besteht aus 22 bis 30 Knochen, die durch Schädelnähte (Suturen) fest miteinander verbunden sind. Der Schädel wird in den Hirnschädel (Neurocranium) und den Gesichtsschädel (Viscerocranium) eingeteilt.
- Hirnschädel: Umfasst das Schädeldach (Calvaria) und die Schädelbasis (Basis cranii).
- Gesichtsschädel: Bildet die Grundlage für das Gesicht und beherbergt Sinnesorgane wie Nase, Mund und Augen.
Blutversorgung des Gehirns
Das Gehirn benötigt eine ständige Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen, die durch die Blutgefäße gewährleistet wird. Die wichtigsten Arterien, die das Gehirn versorgen, sind:
- Arteria cerebri anterior (vordere Hirnarterie): Versorgt das Gewebe hinter der Stirn und im Bereich des Scheitels.
- Arteria cerebri media (mittlere Hirnarterie): Versorgt die Seite und weiter innen liegende Gehirnbereiche.
- Arteria cerebri posterior (hintere Hirnarterie): Versorgt den Hinterkopf und den unteren Bereich des Gehirns sowie das Kleinhirn.
Die feinsten Aufzweigungen der Hirnarterien (Kapillaren) bilden die Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn vor schädlichen Stoffen im Blut schützt.
Zerebrale Geschlechtsunterschiede
Es gibt anatomische und funktionelle Unterschiede zwischen den Gehirnen von Männern und Frauen. So sind die Gehirne von Männern im Durchschnitt größer. Funktional ist die Stoffwechselaktivität bei Frauen im Gyrus cinguli höher, während sie bei Männern eher im Bereich der Temporallappen und des limbischen Systems höher ist. Diese Unterschiede werden durch die Anwesenheit von Testosteron kurz vor und nach der Geburt gesteuert.
Mögliche Probleme und Erkrankungen
Verschiedene Erkrankungen können das Gehirn und seine Funktionen beeinträchtigen:
- Schädel-Hirn-Trauma: Verletzungen des Schädels und des Gehirns durch äußere Einwirkung.
- Hirnblutungen: Blutungen im Gehirn, z.B. epidurales, subdurales oder subarachnoidales Hämatom.
- Schlaganfall: Durchblutungsstörungen im Gehirn, die zu neurologischen Ausfällen führen können.
- Hirntumoren: Gutartige oder bösartige Neubildungen im Gehirn.
- Meningitis: Entzündung der Hirnhäute, meist durch Bakterien oder Viren verursacht.
- Arachnoidalzysten: Fehlbildungen der Arachnoidea mit Flüssigkeitsansammlungen.
- Meningeome: Tumoren, die von den Hirnhäuten ausgehen.
- Hydrocephalus: Aufstau von Hirnwasser in den Hirnkammern.
- Morbus Paget (Osteitis deformans): Verformung der Knochen, die auch die Schädelknochen betreffen kann.
- Septumdeviation (Nasenscheidewandverkrümmung): Verlagerung der Nasenscheidewand.
- Gaumenspalte: Angeborene Fehlbildung des Gaumens.