Das Gehirn, auch Encephalon genannt, ist die Steuerzentrale des menschlichen Körpers. Als Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) befindet es sich innerhalb des knöchernen Schädels und füllt diesen aus. Es steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung und Kreislauf. Über zuführende und wegführende Nervenbahnen ist es mit dem gesamten Organismus verbunden. Es besteht aus unzähligen Nervenzellen, die über Nervenbahnen mit dem Organismus verbunden sind und diesen steuern. Das Gehirn ermöglicht uns das Denken, das emotionale Erleben sowie viele weitere Abläufe. Es verarbeitet Sinneseindrücke, koordiniert die Funktionen des Körpers und hält sie aufrecht.
Gehirnzellen und ihre Verbindungen
Ein menschliches Gehirn besteht aus etwa 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf etwa 100 Billionen geschätzt. Diese Nervenzellen sind eingebettet in ein stützendes Gewebe aus Gliazellen. 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.
Die Gehirnzellen sind durch Synapsen, Kontaktstellen zwischen den Zellen, miteinander verbunden. Diese Kontaktstellen spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der Nachrichten. Informationen aus dem Körper oder der Umwelt gelangen etwa in Form von Hormonen über das Blut oder als elektrische Impulse aus den Sinneszellen über Nervenbahnen bis ins Gehirn. Dort werden sie bewertet und verarbeitet. Als Reaktion werden entsprechende Signale vom Gehirn wieder ausgesendet - zum Beispiel an Muskeln, um sich zu bewegen, an Drüsen, um Sekrete zu produzieren und abzugeben, oder an Sinnesorgane, um Reize aus der Umwelt zu beantworten.
Schutz des Gehirns
Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater. Diese Schutzhüllen setzen sich außerhalb des Gehirns in den Rückenmarkshäuten fort. Das Gehirn ist durch die Schädelknochen und durch die drei Schichten der Hirnhaut (Dura mater, Arachnoidea und Pia mater) geschützt. Die Dura mater ist die äußere Schicht, die eine barriereähnliche Funktion hat, um das Gehirn vor äußeren Verletzungen zu schützen.
Zusätzlich schützt die Blut-Hirn-Schranke das empfindliche Gewebe im Gehirn vor schädigenden Substanzen im Blut wie Giften, Krankheitserregern und bestimmten Medikamenten. Das empfindliche Gewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke gegen schädigende Substanzen im Blut (wie Gifte, Krankheitserreger, bestimmte Medikamente etc.) abgeschirmt. Die Blut-Hirn-Schranke stellt eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen dar.
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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)
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Das Großhirn (Cerebrum) wird auch als Telencephalon bezeichnet. Es nimmt rund 80 Prozent der gesamten Hirnmasse ein und bildet den vordersten Bereich des menschlichen Gehirns. Zum Großhirn gehört die Großhirnrinde, der sogenannte Kortex. Mit ihren Furchen und Windungen ähnelt die Großhirnrinde einer Walnuss. Der innere Teil des Großhirns, der vom Kortex umgeben ist, wird als weiße Substanz (Substantia alba) bezeichnet. Die Großhirnrinde hat eine Dicke von zwei bis fünf Millimetern und besteht aus einer äußeren Schicht (Isocortex oder Neocortex) und einer inneren Schicht (Allocortex). Die Großhirnrinde besteht aus Nervenzellen und sogenannten Gliazellen, die den Raum zwischen den Nervenzellen und den Blutgefäßen ausfüllen. Die Nervenzellen verfügen über Fortsätze (Axone), die die weiße Substanz ausmachen. Dank dieser Axone ist die lokale ebenso wie die überregionale Vernetzung der Gehirnzellen möglich. Jede Gehirnhälfte des Großhirns ist in vier Bereiche eingeteilt: Frontallappen, Parietallappen, Temporallappen, Okzipitallappen.
Die verschiedenen Anteile der Großhirnrinde übernehmen ganz unterschiedliche Funktionen. Das Großhirn ist der jüngste Gehirn-Teil in der Entwicklungsgeschichte des Menschen. Es ist zugleich der größte Teil des menschlichen Gehirns. Das Großhirn ermöglicht die sogenannten „höheren“ Hirnfunktionen, wie Motivation, Lernen, Denken oder Verstehen.
Hirnlappen und ihre Funktionen
- Frontallappen (Stirnlappen): Unterstützt die Kontrolle der Feinmotorik, Gemüt, Zukunftsplanung, Ziel- und Prioritätensetzung. Der Frontallappen (Stirnlappen) befindet sich im vorderen Bereich des Großhirns. Er kontrolliert die Bewegungen und führt kognitive Prozesse aus.
- Scheitellappen (Parietallappen): Empfängt und verarbeitet Informationen über Temperatur, Geschmack, Berührung und Bewegung, die vom Rest des Körpers kommen. Der Parietallappen (Scheitellappen) ist ein primär sensorisches Rindenfeld und ist für somatosensorische Funktionen zuständig.
- Schläfenlappen (Temporallappen): Im Temporallappen (Schläfenlappen) befindet sich das Sprachzentrum, das für das Verständnis und die Verarbeitung von Sprache eine wichtige Rolle spielt. Der mittlere Teil des Temporallappens enthält den Hippocampus, der für das Gedächtnis von größter Bedeutung ist. Im Hippocampus werden Informationen aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt.
- Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): Der Okzipitallappen (Hinterhauptlappen) ist der hinterste und auch kleinste der vier Hirnlappen.
Funktionelle Unterschiede der Gehirnhälften
Die beiden Gehirnhälften haben zum Teil unterschiedliche Funktionen: 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.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Das Zwischenhirn (Diencephalon) 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. Der Hypothalamus steht in direktem Kontakt mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) und verbindet das Hormon- mit dem Nervensystem. Er übernimmt die Steuerung von Funktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist mit der Hypophyse verbunden, die die Ausschüttung von Hormonen im Körper reguliert.
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Den Thalamus kannst du dir als „Tor zum Bewusstsein“ vorstellen. Seine Funktion ist die Sammlung fast aller Sinneswahrnehmungen und die Weiterleitung an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns. Der Hypothalamus kontrolliert den Hormonhaushalt. Damit stellt er sozusagen die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen, wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist verbunden mit der Hypophyse. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn.
Mittelhirn (Mesencephalon)
Das Mesencephalon ist der kleinste Abschnitt des Gehirns.
Kleinhirn (Cerebellum)
Oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären sitzt das Kleinhirn. Das Kleinhirn (auch Cerebellum genannt) befindet sich im unteren hinteren Bereich des Schädels. Trotz seiner im Vergleich zum Großhirn wesentlich geringeren Größe enthält das Kleinhirn die meisten Nervenzellen - rund 70 Milliarden. Genau wie das Großhirn verfügt auch das Kleinhirn über eine Hirnrinde. Außerdem ist auch das Cerebellum in eine rechte und eine linke Hälfte geteilt.
Das Kleinhirn koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen. Die Hauptaufgabe des Kleinhirns besteht darin, Bewegungsabläufe zu steuern und zu koordinieren. So haben wir es beispielsweise dem Kleinhirn zu verdanken, wenn unser Gleichgewicht hergestellt und die Körperhaltung aufrechterhalten wird. Jede Bewegung unseres Körpers wird vom Kleinhirn blitzschnell analysiert.
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 (Truncus cerebri) dient als Verbindung zwischen Rückenmark und Großhirn. Er besteht aus dem Mittelhirn (Mesencephalon), der Brücke (Pons) und dem verlängerten Mark (Medulla oblongata). Der Hirnstamm ist für eine Vielzahl überlebenswichtiger Funktionen zuständig. Er koordiniert automatische Abläufe wie die Atmung und den Herzschlag, außerdem kontrolliert er auch Reflexe wie Husten, Harndrang, Erbrechen und Schlucken.
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Der Hirnstamm, der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns, ist für die grundlegenden Lebensfunktionen zuständig. Er steuert die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung sowie Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.
Medulla oblongata (Myelencephalon)
Das auch als Nachhirn bezeichnete Meyelencephalon stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar.
Das limbische System
Das limbische System ist eine Gruppe miteinander verbundener Strukturen, die Emotion, Lernen und Gedächtnis vermitteln. Es regelt das Affekt- und Triebverhalten und dessen Verknüpfungen mit vegetativen Organfunktionen. Zwei wichtige Teilbereiche innerhalb des limbischen Systems sind die Amygdala (Mandelkern) und der Hippocampus.
Amygdala
Die Amygdala ist eine limbische Struktur, die an vielen Hirnfunktionen beteiligt ist, darunter Emotion, Lernen und Gedächtnis.
Hippocampus
Der Hippocampus spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung des Langzeitgedächtnisses. Der Hippocampus ist der Arbeitsspeicher unseres Gehirns und die Schaltstelle zwischen dem Kurz- und dem Langzeitgedächtnis. Der Hippocampus ist einer der ersten Areale, die von der Alzheimer-Krankheit befallen werden.
Energieverbrauch des Gehirns
Der Energieverbrauch im Gehirn ist enorm hoch. Fast ein Viertel des Gesamtenergiebedarfs des Körpers entfällt auf das Gehirn. Die Glukosemenge, die täglich mit der Nahrung aufgenommen wird, wird bis zu zwei Drittel vom Gehirn beansprucht.
Blutversorgung des Gehirns
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. Durch diesen Gefäßring wird sichergestellt, dass der Blutbedarf des empfindlichen Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr immer ausreichend ist.
Gehirnerkrankungen
Das Gehirn kann durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Am besten können Schädigungen durch ein Gehirn-MRT festgestellt werden. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten.
- 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.