Das Gehirn, ein faszinierendes und komplexes Organ, ist das Zentrum unseres Denkens, Fühlens und Handelns. Es steuert lebenswichtige Körperfunktionen und ermöglicht uns, die Welt um uns herum wahrzunehmen und zu interpretieren. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie des Gehirns, seine verschiedenen Bestandteile und deren Funktionen.
Was ist das Gehirn?
Das Gehirn (Encephalon) ist der Teil des zentralen Nervensystems, der innerhalb des knöchernen Schädels liegt und diesen ausfüllt. Es besteht aus unzähligen Nervenzellen, die über zuführende und wegführende Nervenbahnen mit dem Organismus verbunden sind und ihn steuern.
Gewicht und Volumen
Das Gehirnvolumen beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse. Das Gewicht macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus.
Anzahl der Gehirnzellen
Ein Mensch hat ungefähr 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf 100 Billionen geschätzt. Die Nervenzellen im Gehirn sind eingebettet in ein stützendes Gewebe aus Gliazellen.
Hirnhäute
Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater.
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Gehirn-Aufbau: Fünf Abschnitte
Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Kleinhirn (Cerebellum)
- Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata)
Die verschiedenen Anteile der Großhirnrinde übernehmen ganz unterschiedliche Funktionen.
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Es macht etwa 85 Prozent der gesamten Gehirnmasse aus. Zieht man das innen Großhirnmark - vor allem bestehend aus Nervenfasern und den darin eingebetteten Basalganglien (Nuclei basales) - ab, bleibt die Großhirnrinde, eine zwei bis fünf Millimeter dicke Schicht, die als graue Substanz bezeichnet wird. Sie ist reich an Nervenzellkörpern, die ihr eine rotbraune bis graue Farbe verleihen. Schätzungen gehen von etwa 17 Milliarden Nervenzellen (Neuronen) in der menschlichen Großhirnrinde aus.
Die Oberfläche des Großhirns besteht aus Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri), die der Oberflächenvergrößerung dienen. Beinahe alle Furchen und Windungen sind mittlerweile benannt. Die graue Substanz liegt außen und bildet die Großhirnrinde, die weiße Substanz liegt innen und bildet das Marklager. Darüber hinaus wird die gesamte Großhirnrinde in 52 Rindenfelder (Brodmann-Areale oder Areae) eingeteilt, die die Endstätten der aufsteigenden Nachrichten-/Nervenbahnen aus Rückenmark, Hirnstamm, Zwischenhirn und Kleinhirn darstellen.
Funktionen des Großhirns
Das Großhirn ist für höhere kognitive Funktionen wie Lernen, Gedächtnis, Sprache und Bewusstsein verantwortlich. Es verarbeitet Sinneseindrücke und steuert willkürliche Bewegungen.
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- Visuelle Wahrnehmung
- Verarbeitung akustischer Reize → Hörzentrum
- Gedächtnis
- Höhere Denkvorgänge
- Instinkte
Die Rinde des Großhirns (Cortex cerebri)
Die Rinde des Großhirns - der Cortex cerebri - bedeckt fast das gesamte von außen sichtbare Gehirn. Sie ist stark gefaltet und durchzogen von zahlreichen Furchen, wodurch voneinander abgrenzbare Bereiche entstehen. Jede Großhirnhälfte (Hemisphäre) gliedert sich in vier von außen sichtbaren Lappen, die Lobi: den Stirnlappen (Frontallappen), Scheitellappen (Parietallappen), Schläfenlappen (Temporallappen) und Hinterhauptslappen (Okzipitallappen). Hinzu kommt der Insellappen (Lobus insularis), der tief in der seitlichen Großhirnfurche verborgen liegt und von außen nicht sichtbar ist. Etwa 90 Prozent des Cortex bestehen aus dem evolutionär jungen Neocortex, der durchgehend aus sechs Zellschichten aufgebaut ist.
Im Cortex entsteht aus den Signalen der Sinnesorgane und vorgeschalteter Hirnregionen ein zusammenhängender Eindruck der Umwelt. Zudem kann er Informationen speichern und bildet damit die biologische Grundlage unseres Gedächtnisses.
Darstellung einiger wichtige Rindenfelder (Areale oder Areas) der Großhirnrinde:
Die Motorische Rinde wird z.B. von zwei Rindenfeldern (Areal 4 und 6) gebildet; ebenfalls zwei Rindenfelder (Areal 44 und 45) bilden das motorische Sprachzentrum (auch Brocasches Feld genannt); das Sehzentrum wird von Areal 17 gebildet.
Marklager
Beim Marklager handelt es sich um Nervenfasermassen, die entweder von Nervenzellen der Großhirnrinde abgehen oder zu ihr hinziehen. Die Projektionsfasern stellen auf- und absteigende Verbindungen zwischen der Hirnrinde und allen unter ihr gelegenen (subkortikalen) Zentren her. Die von der Rinde absteigende Bahnen laufen fächerförmig zusammen und bilden tief im Inneren des Großhirns eine Region, die innere Kapsel (Capsula interna) genannt wird. Diese wiederum enthält die verschiedenen Bahnen zum Thalamus, zur Brücke (im Hirnstamm) und zum Rückenmark. Die Kommissurenfasern verknüpfen die Rindenbereiche der beiden Großhirnhälften miteinander.
Basalganglien
Die Basalganglien oder Stammganglien sind Gruppen von Nervenzellkernen (also graue Substanz), die in der Tiefe der weißen Substanz beider Hemisphären liegen. Man unterscheidet verschiedene Basalganglien (bezeichnet zum Beispiel als Claustrum, Globus pallidum oder Corpus striatum).
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An die Großhirnrinde ist unter anderem das Bewusstsein geknüpft. Nur diejenigen Sinnesreize werden bewusst, welche bis zur Großhirnrinde weitergeleitet werden.
Anmerkung: Nur der Mensch besitzt die Fähigkeit der Sprache. Als innere Sprache ist sie eine Voraussetzung für das Denken; gesprochen ermöglicht sie die Kommunikation und geschrieben die Weitergabe von Informationen über Jahrtausende hinweg. Die Fähigkeit zur Sprache ist unmittelbar gebunden an die Unversehrtheit bestimmter Rindengebiete des Großhirns, die in der Regel nur in einer Gehirnhälfte (Hemisphäre) liegen. Diese wird als dominante Hemisphäre bezeichnet und ist beim Rechtshänder meist die linke, beim Linkshänder meist die rechte.
Im Frontallappen liegt unter anderem die Präzentralregion. Hier befinden sich die beiden Rindenfelder, die die motorische Rinde (Areas 4 und 6) bilden (siehe Abbildung zu den Rindenfeldern der Großhirnrinde oben). Die motorische Rinde ist das Hauptursprungsgebiet der Nachrichtenvermittlung für Muskelaktivitäten. Ein weiteres Rindenfeld (Area 8) gilt als das Blickzentrum für willkürliche Augenbewegungen. Schädigungen im Bereich der ganz vorn und an der Unterseite liegenden Rindengebiete des Frontallappens haben manchmal schwere Persönlichkeitsveränderungen zur Folge.
Im Scheitellappen (Parietallappen) liegt unter anderem die Postzentralregion. verschiedene Formen der Agnosie.
In den Schläfenlappen liegt unter anderem die Hör- und die Sprachregion. Im hinteren Bereich der oberen Schläfenlappenwindung (Gyrus temporalis superior) der dominanten Hemisphäre liegt das sensorische oder Wernicke Sprachzentrum (siehe Abbildung oben), bei dessen Schädigung eine Störung des Wortverständnisses eintritt (sensorische Aphasie). Man nimmt außerdem an, dass die Schläfenlappenrinde eine wichtige Rolle der bewussten und unbewussten Verfügbarkeit der eigenen Vergangenheit und der in ihr gemachten Erfahrungen spielt, ohne die man sich in seiner Umwelt nicht zurechtfinden würde. Im Schläfenlappen liegt auch der Hippocampus, eine Sehpferdchen-förmige Struktur, die hauptsächlich für die Gedächtnisbildung zuständig ist. Bei einem Hirntumor im Schläfenlappen (temporaler Hirntumor) können unter anderem Hör- und/oder Sprachstörungen auftreten. Ist der Hippocampus mitbetroffen, sind oft Gedächtnisstörungen die Folge.
Im Hinterhauptslappen liegt die Sehregion (siehe Sehzentrum in Abbildung oben). Area 17 bildet die Endigungsstätte aller Sehbahnen, die Sehrinde. Schädigungen im Bereich des Hinterhauptslappens (zum Beispiel durch einen okzipitalen Hirntumor) können zu einer Rindenblindheit führen.
Bei Schädigungen im Bereich des Marklagers kann es also neben dem Ausfall verschiedener Faserbahnen, die die einzelnen Rindengebiete mit Informationen versorgen und von diesen Informationen erhalten, zur Zerstörung von Stammganglien kommen. Manche große Tumoren können zu einer Schwellung des umgebenden Gewebes führen (perifokales Ödem). So kann beispielsweise ein großer Tumor im Großhirn ein Ödem im Marklager verursachen, das - obwohl der Tumor dieses nicht direkt schädigt - einen gewissen Druck auf die sich darin befindlichen Nervenzellkerngruppen ausübt.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus.Das Zwischenhirn ist für die Wahrnehmung verantwortlich. Es ist der Teil des Gehirns, welches die Gefühle steuert. Außerdem reguliert es Deine Grundbedürfnisse, wie Hunger und Durst.Zusätzlich spielt das Zwischenhirn bei der Schlaf-Wach-Steuerung eine Rolle.
Das Zwischenhirn lässt sich in vier Gebiete unterteilen:
- Thalamus
- Hypothalamus
- Subthalamus
- Epithalamus
Der Thalamus sammelt alle Signale, die von den Sinnesorganen herkommen, ein. So endet der Sehnerv zum Beispiel im Zwischenhirn. Er gibt diese Informationen dann an das Großhirn weiter. Der Thalamus besteht größtenteils aus grauer Substanz. Der Hypothalamus verknüpft das Hormonsystem mit dem Nervensystem. Er reguliert die Hypophyse. Die Hypophyse ist eine bedeutungsvolle Hormondrüse. Durch die Ausschüttung von Hormonen steuert die Hormondrüse im Gehirn Vorgänge wie Wachstum, Fortpflanzung und Stoffwechsel.
Ein Tumor, eine Entzündung des Gehirns oder der Hirnhäute, oder ein Unfall können dazu führen, dass die Hormondrüse nicht mehr ausstreichend oder zu viele Hormone produziert.
Funktionen des Zwischenhirns
- Wahrnehmung
- Gefühle
- Schlaf-Wach-Rhythmus
- Hormon-Steuerung
Hirnstamm
Im unteren Schädelbereich befindet sich die Hirnbasis, die - entsprechend der knöchernen Schädelbasis - stärker modelliert ist. Hier liegt der Hirnstamm. Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons).
Der Hirnstamm ist räumlich gesehen der unterste Gehirnabschnitt.
Im Hirnstamm werden eingehende Sinneseindrücke und ausgehende Bewegungsabläufe verwertet. Zudem entstehen hier Reflexreaktionen.
Bestandteile des Hirnstamms
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Brücke (Pons)
- Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata)
Funktionen des Hirnstamms
Der Hirnstamm ist für grundlegende Lebensfunktionen wie Atmung, Herzfrequenz und Blutdruck zuständig. Er steuert Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.
Mittelhirn (Mesencephalon)
Das Mesencephalon ist der kleinste Abschnitt des Gehirns.
Medulla oblongata (Myelencephalon)
Das auch als Nachhirn bezeichnete Meyelencephalon stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar.
Das Nachhirn ist für viele vegetativ ablaufende Vorgänge verantwortlich. Dies sind Prozess, die unbewusst, also automatisch ablaufen. Beispiele für vegetative Funktionen des Nachhirns sind:
- Herzschlag
- Atmung
- Stoffwechsel
- Lidschluss
- Schlucken und Husten
Das Nachhirn verknüpft zudem das Gehirn mit dem Rückenmark. Das bedeutet auch, dass hier die graue und weiße Substanz Positionen wechseln. Die bisher meist außen liegende graue Substanz liegt im Rückenmark innen.
Kleinhirn (Cerebellum)
Oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären sitzt das Kleinhirn. HinterhirnDas Hinterhirn besteht aus dem Kleinhirn und der Brücke (Pons). Auch das Kleinhirn ist, wie das Großhirn, in zwei Hemisphären aufgeteilt. Die Brücke verknüpft das Kleinhirn mit dem Großhirn.
Das Kleinhirn ist für Bewegung und Gleichgewicht verantwortlich. Außerdem unterstützt es beim unbewussten und sozialen Lernen.
Das Kleinhirn wird auch als Cerebellum bezeichnet.
Funktionen des Kleinhirns
Das Kleinhirn koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.
Graue und weiße Substanz
Das Gehirn besteht aus zwei Arten von Gewebe: grauer und weißer Substanz.
Graue Substanz
Die graue Substanz im Gehirn besteht in erster Linie aus Nervenzellkörpern. Der Name kommt daher, dass die Nervenzellen im lebenden Organismus rosa sind, sich nach dessen Tod aber grau verfärben. Aus grauer Substanz bestehen etwa die Großhirnrinde, die Basalganglien, die Kleinhirnrinde und die Hirnnervenkerne. Etwa 80 Prozent der Hirndurchblutung sind für die Versorgung der grauen Substanz notwendig.
Die Bereiche sogenannter grauer Substanz, auch als Substantia grisea bezeichnet, sind ein Teil des zentralen Nervensystems. Dieses besteht einmal aus dem Gehirn und aus den Nervenstrukturen, die in der Wirbelsäule im Rückenmarkskanal gelegen sind. Die als graue Substanz bezeichnete Struktur besteht überwiegend aus den Zellkörpern der Neuronen. Die Zellkörper werden auch Perikarya genannt. Die Anteile grauer Substanz, die die Hirnrinde, die auch als Cortex benannt ist, bilden, lassen sich histologisch von einer sogenannten weißen Substanz im Gehirn unterscheiden.
Die im zentralen Nervensystem befindliche graue Substanz enthält zum großen Teil die Nervenzellkörper, die man auch als Perikarya bezeichnet. Sie enthalten den Zellkern. Daneben sind anteilig auch kleine Blutgefäße, stützende Gliazellen und das Neuropilem enthalten. Die Zellkörper innerhalb der grauen Substanz nehmen Reize auf und verarbeiten sie. Alle Funktionen des Gehirns und des Zentralnervensystems werden von der grauen Substanz des Cortex gesteuert. Hierbei lassen sich Funktionen des Cortex nach den jeweiligen Hirnregionen unterscheiden. Der Parietallappen verarbeitet die an ihn vermittelten Berührungsreize, der Occipitallappen wird mit der Fähigkeit zu sehen assoziiert und der Temporallappen ist an der Fähigkeit zum Hören maßgeblich beteiligt. Im Kleinhirn, der Bestandteil wird auch als Cerebellum bezeichnet, regelt die graue Substanz des Cortex die Fähigkeit zu körperlicher Koordination und Gleichgewicht. Die im Zwischenhirn gelegenen Kernregionen aus grauer Substanz stellen Verbindungen zum Großhirn her.
Schädigungen im Bereich der grauen Substanz im Gehirn führen oft zu Ausfallerscheinungen. Diese unterscheiden sich nach dem jeweiligen Ort der Schädigung im Gehirn. Es kann zu Wegfall der Sinnesfunktionen, trotz intakter Sinnesorgane, führen. Die Abnahme der grauen Substanz der Hirnrinde kann altersbedingt, aber auch eine Folge degenerativer Erkrankungen im Gehirn sein. Zu den typischen Symptomen dabei gehören eine Minderung der Gedächtnisleistungen, des Denkens, der Konzentration und der Orientierung.
Die sogenannte graue Substanz bildet die Hirnrinde bzw. den Cortex. Wird nach dem Ableben ein Hirn in Formalin präpariert, nimmt die benannte Region des Cortex eine charakteristische graue Farbe an und führte so zur Namensgebung. Beim noch lebenden Menschen ist die Hirnrinde, wie man aus Operationen weiß, wegen der blutgefüllten Gefäße, eher rosafarben.
Die graue Substanz liegt auf der Oberfläche des Gehirnes. Sie umgibt so das Großhirn wie das Kleinhirn mit einer sogenannten Rinde, dem Cortex. Es gibt aber auch zentral im Gehirn gelegene Areale grauer Substanz. Diese abgegrenzten sogenannten Kerngebiete sind eigenständig funktionale Regionen wie die Hirnnervenkerne und die Kleinhirnkerne. Weitere Regionen, die aus der sogenannten grauen Substanz gebildet bzw. von ihr umgeben sind, stellen die Basalganglien, Necleus ruber, Formatio reticularis und die sogenannte Substantia nigra dar.
Funktionen der grauen Substanz
Die graue Substanz ist für die Verarbeitung von Informationen und die Steuerung von Funktionen zuständig.
Weiße Substanz
Neben der grauen Substanz gibt es noch die weiße Substanz, die aus den Nervenzellfortsätzen, den Nervenfasern (Axonen), besteht. Die weiße Substanz findet sich im Mark von Großhirn und Kleinhirn.
Funktionen der weißen Substanz
Die weiße Substanz dient der Übertragung von Informationen zwischen den verschiedenen Hirnregionen.
Hirnnerven
Dem Gehirn entspringen zwölf paarige Nerven, die den Kopf, den Hals und Organe im Rumpf versorgen.
Blutversorgung des Gehirns
Zwischen 15 und 20 Prozent des Herzminutenvolumens entfällt auf die Blutversorgung des Gehirns. Diese Menge kann bis zum 50. Lebensjahr geringfügig schwanken, nimmt aber danach ab (zusammen mit dem Sauerstoff- und Glukoseverbrauch). In Schlaf- und Wachphasen wird das Gehirn stets etwa gleichermaßen durchblutet. Auch bei Blutdrucksteigerungen, Blutdruckabfall, starker körperlicher Anstrengung oder sogar unregelmäßigem Herzschlag ändert sich die Durchblutung des Gehirns kaum - außer, wenn der systolische Blutdruck stark abfällt (unter 70 mmHg) oder stark ansteigt (über 180 mmHg).
Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der gemeinsamen Halsschlagader (Arteria communis) entspringen, und über die Arteria vertebralis, die aus den Wirbelkörpern kommt und durch das Hinterhauptsloch in die Schädelhöhle eintritt. Durch weitere Arterien werden diese zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst.