Das Gehirn, ein unscheinbares Organ von etwa 1300 Gramm, ist der Dirigent unseres Denkens, Fühlens und Erlebens. Es arbeitet unermüdlich im Verborgenen und wird meist erst dann ins Rampenlicht gerückt, wenn seine Funktion beeinträchtigt ist. Im Falle eines Ausfalls anderer Organe gibt es oft Kompensationsmöglichkeiten wie Dialyse bei Nierenversagen oder Herztransplantationen. Das Gehirn jedoch ist unersetzlich. Wenn die grauen Zellen ihre Aktivität einstellen, erlischt nicht nur das Bewusstsein, sondern auch der Körper kann ohne künstliche Beatmung nicht überleben.
Die Basisfunktionen des Gehirns
Die grundlegenden Funktionen des Gehirns werden vom Hirnstamm gesteuert, dem ältesten Teil des Gehirns. Er reguliert lebenswichtige Prozesse wie Atmung, Herzfrequenz und Blutdruck. Fällt der Hirnstamm aus, versagen diese lebensnotwendigen Körperfunktionen. Der Hirnstamm ist auch für den Übergang zwischen Wachen und Schlafen und somit für das Bewusstsein als Wachsein von Bedeutung.
Für ein höheres Bewusstsein, das Wissen um das eigene Selbst und die Umwelt, ist jedoch die Großhirnrinde erforderlich. Massive Schädigungen der Großhirnrinde können zu einem Wachkoma führen. Sind bestimmte Bereiche der Hirnrinde defekt, können Patienten Teile der räumlichen Wirklichkeit oder wichtige biografische Erlebnisse verlieren.
Beim Hirntod, wenn sämtliche Tätigkeiten des Gehirns zum Erliegen kommen, ist auch kein Bewusstsein mehr vorhanden. Der Körper kann ohne das Gehirn nicht weiter funktionieren.
Neurologische Störungen und veränderte Körperwahrnehmung
Das Cotard-Syndrom ist ein unheimliches Phänomen, bei dem Patienten fest davon überzeugt sind, tot zu sein oder die Existenz ihres Körpers oder von Teilen davon bestreiten. Studien haben bei einigen Betroffenen einen auffällig verminderten Stoffwechsel in Gebieten im Frontal- und Parietallappen gefunden.
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Beim Alien-Hand-Syndrom erleben Betroffene ihren Körper als fremd, meist in Form einer widerspenstigen Hand, die nicht zum Körper zu gehören scheint. Dieses Syndrom tritt vor allem nach einer Durchtrennung des Corpus Callosum oder nach Schlaganfällen auf.
Die Rolle des Gehirns für das Bewusstsein
„Ohne Gehirn verfügen wir über kein Bewusstsein“, sagt der Neurologe Thorsten Bartsch von der Uni Kiel. Die Großhirnrinde ist für die Erzeugung von höherstufigem Bewusstsein notwendig. Schädigungen der Großhirnrinde, etwa infolge von Sauerstoffmangel, können Funktionen wie Sprache, Handlungsplanung und Bewusstsein ausfallen lassen. Die grundlegenden Tätigkeiten des Körpers hingegen laufen weiter.
Verteilte Netzwerke in verschiedenen Hirnregionen der Großhirnrinde müssen zusammenspielen, damit wir die Welt bewusst erleben.
Auswirkungen von Schädigungen der Großhirnrinde
Ein Besuch in einer neurologischen Abteilung kann die Auswirkungen von Schädigungen der Großhirnrinde verdeutlichen. Patienten mit Neglect, einer Aufmerksamkeitsstörung nach Schädigung des rechten Parietallappens, essen beispielsweise nur die rechte Hälfte ihres Tellers auf. Der Parietallappen ist normalerweise für die räumliche Orientierung und die Verlagerung der Aufmerksamkeit zuständig. Da die Sinnesinformationen auf ihrem Weg zum Gehirn die Seite wechseln, betrifft die Aufmerksamkeitsstörung die entgegengesetzte Seite der geschädigten Hirnhälfte.
Schädigungen des medialen Temporallappens, insbesondere des Hippocampus, können dazu führen, dass keine neuen Einträge in die Geschichte unseres Lebens hinzukommen und vergangene Erlebnisse, die zeitlich nahe am Zeitpunkt der Schädigung liegen, nicht mehr erinnert werden können. Das autobiografische Gedächtnis ist wichtig, damit wir unsere Identität als in sich stimmig über die Lebensjahre hinweg wahrnehmen können.
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Der Hirntod und sein Stellenwert
Der Hirntod, der endgültige Ausfall aller Hirnfunktionen, tritt infolge schwerster Hirnschäden wie Traumen, Hirnblutungen oder nach einem vorübergehenden Herzstillstand ein. Das Gehirn überlebt nur wenige Minuten des Kreislaufstillstandes. Ohne Sauerstoffversorgung sterben die Nervenzellen unweigerlich ab.
Die Diagnose des Hirntodes ist gleichbedeutend mit der Todesfeststellung. Nach Feststellung des Hirntodes müssen die intensivmedizinischen Maßnahmen beendet werden. In Deutschland gilt das Vier-Augen-Prinzip, bei dem zwei erfahrene Intensivmediziner, von denen mindestens einer ein neurologischer oder neurochirurgischer Facharzt sein muss, den Patienten untersuchen.
Voraussetzungen für die Hirntoddiagnostik
Die Diagnostik des Hirntodes folgt einem dreischrittigen Vorgehen:
- Prüfung der Voraussetzungen: Dazu gehört das Stellen einer medizinischen Diagnose, die den Zustand des Patienten erklärt.
- Prüfung der Hirnstammreflexe: Diese Reflexe steuern wichtige Körperfunktionen wie Schlucken, Augenbeweglichkeit oder Atmung.
- Nachweis der Irreversibilität: Es muss nachgewiesen werden, dass die Symptome nicht umkehrbar sind.
Hypoxischer Hirnschaden
Ein hypoxischer Hirnschaden (hypoxisch-ischämische Enzephalopathie, HIE) entsteht durch schweren Sauerstoffmangel im Gehirn, häufig nach einem Kreislaufstillstand mit erfolgreichen Wiederbelebungsmaßnahmen (Reanimation). Die Nervenzellen des Gehirns, insbesondere die für höhere Funktionen des Bewusstseins zuständigen Zellen an der Oberfläche des Großhirns, sterben aufgrund des Sauerstoffmangels innerhalb weniger Minuten ab. Da sich diese Nervenzellen nicht wieder nachbilden, wird das Gehirn irreparabel geschädigt.
Das Ausmaß des hypoxischen Hirnschadens hängt davon ab, wie lange die Sauerstoffversorgung des Gehirns unterbrochen war. Bei einer kurzen Unterversorgung können Symptome wie Koordinations-, Wahrnehmungs- oder Gedächtnisstörungen auftreten, die sich in der Regel wieder zurückbilden. Eine längere Unterversorgung von mehr als fünf Minuten führt zu tiefer Bewusstlosigkeit (Koma).
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Die Diagnose eines hypoxischen Hirnschadens erfordert eine genaue Untersuchung durch ein interdisziplinäres Team aus Spezialisten aus Innerer Medizin, Anästhesie bzw. Notfallmedizin und Neurologie. Andere mögliche Ursachen der Gehirnfunktionsstörung (Enzephalopathien) müssen ausgeschlossen werden.
Schädigung des Nervensystems und fehlende Regeneration
Nach einer Verletzung können Neurone des ZNS geschädigte Nervenfasern (Axone) nicht mehr regenerieren, sodass sie dauerhaft von ihren Zielgebieten abgeschnitten bleiben. Schädigungen von Nervenfasern im Gehirn oder Rückenmark führen daher in der Regel immer zu irreversiblen Funktionsverlusten und damit lebenslangen Behinderungen, wie beispielsweise Querschnittslähmungen nach Rückenmarksverletzungen oder Erblindungen nach Sehnervschädigungen.
Ein Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit den Mechanismen, die dieser eingeschränkten Regenerationsfähigkeit des ZNS zugrunde liegen. Ziel ist die Entwicklung von neuen gentherapeutischen sowie pharmakologischen Ansätzen zur Förderung der axonalen Regeneration und somit der Wiederherstellung von verlorengegangenen Funktionen nach Schädigungen des Gehirns und Rückenmarks.
Schädigung des Sehnervs
Der Sehnerv enthält die Nervenfasern der Ganglienzellen der Retina und leitet die Sehinformation aus dem Auge in das Gehirn weiter. Schädigungen des Sehnervs machen sich durch pathologische Gesichtsfeldausfälle bemerkbar. Da der Sehnerv zum zentralen Nervensystem gehört, ist eine Regeneration der Nervenfasern im Sehnerv nicht möglich.
Zahlreiche Erkrankungen können eine Schädigung des Sehnervs zur Folge haben, z.B. der Grüne Star (Glaukom), die diabetische Retinopathie, Sehnerventzündungen, Tumore am Sehnerv, Unfälle oder ein Gefäßverschluss. Ist der Sehnerv durch eine Erkrankung im gesamten Querschnitt geschädigt, kommt es zu einer vollständigen Erblindung des betroffenen Auges. Die meisten Patienten haben aber nur Teilschädigungen, so dass noch Sehreste vorhanden sind.
Das Glaukom ist weltweit die häufigste Erblindungsursache. Risikofaktoren für ein Glaukom sind unter anderem der Diabetes mellitus, ein zu niedriger Blutdruck oder starke Blutdruckschwankungen. Auch eine sehr starke Kurz- oder Weitsichtigkeit können eine Rolle spielen. Die Behandlung erfolgt durch Absenken des Augeninnendrucks, sofern dieser erhöht ist bzw. einer Wiederherstellung der physiologischen Druckverhältnisse (Augeninnendruck/ Blutdruck). Das Therapieziel ist es ein Fortschreiten der Erkrankung zu verhindern. Bereits aufgetretene Schäden regenerieren nicht mehr.
Rückenmarkschädigungen
Das Rückenmark verläuft im Wirbelkanal und stellt die Verbindung zwischen Gehirn und Extremitäten her. Liegen hier Störungen vor, z.B. durch eine traumatische Verletzung des Rückenmarks, gelangen keine sensorischen Informationen mehr ins Gehirn und umgekehrt gelangen auch keine Signale über die Axone der Motoneurone zu den Muskeln. Es kommt zu Ausfallerscheinungen und Lähmungen, obwohl der periphere Nerv, durch den die Nervenfasern der Motoneurone und der sensorischen Neurone laufen, selbst noch intakt ist. Auch neurodegenerative Erkrankungen (z.B. die amyotrophe Lateralsklerose), Infektionen oder Kompressionen können zum Absterben von Neuronen im Rückenmark und damit einhergehenden Funktionsverlusten führen.
Schädel-Hirn-Trauma (SHT)
Eine Verletzung des Gehirns durch traumatische Krafteinwirkung wird Schädel-Hirn-Trauma (SHT) genannt. Bei der leichtesten Form des SHT spricht man von einer Gehirnerschütterung, die meist harmlos verläuft. Hirnblutungen und andere Komplikationen können ein SHT lebensbedrohlich werden lassen. Ursache für eine traumatische Verletzung des Gehirns sind meist Unfälle, aber auch bestimmte Kontaktsportarten, wie Eishockey oder American Football, können ein SHT bedingen.
Die Symptome die ein SHT hervorruft, sind abhängig von der Schwere der Verletzung, und umfassen bei einer leichten Verletzung (Gehirnerschütterung): Bewusstseinsstörungen, retrograde Amnesie, Übelkeit/Erbrechen, selten anterograde Amnesie, Apathie, Kopfschmerzen und Schwindel.
Bei schwereren Verletzungen kommt es zur Bewusstlosigkeit (bei über 60 min handelt es sich um ein schweres SHT), verursacht durch Einklemmung des Gehirns, durch Ödeme oder Hirnblutungen.
Die Schädigung des Gehirns bei einem SHT erfolgt in zwei Phasen:
- Direkte Schädigung: Die erste Phase umfasst die direkte Schädigung durch den Unfall. Diese ist nicht therapierbar, da zerstörte Neurone im Gehirn nicht regenerieren können.
- Sekundäre Schädigungen: In der zweiten Phase treten, durch pathophysiologische Prozesse die im Hirn ablaufen, sekundäre Schädigungen auf, die zu einer weiteren Zerstörung von Neuronen führen können. Diese sind prinzipiell therapierbar, sofern sich die pathophysiologischen Prozesse z.B. medikamentös beeinflussen lassen.
Die Behandlung des SHT ist abhängig vom Schweregrad der Verletzung. Primäres Ziel ist es die Blut- und Sauerstoffversorgung des Gehirns aufrechtzuerhalten, um möglichst viele Neurone vor sekundären Schäden zu retten.
Neurodegenerative Erkrankungen
Bei den neurodegenerativen Erkrankungen handelt es sich um eine Vielzahl von Krankheiten, bei denen nach und nach Neurone des ZNS absterben. Die häufigsten Erkrankungen sind Alzheimer, Parkinson und Chorea Huntington. Die Ursachen für die Erkrankungen können sowohl genetisch als auch sporadisch sein und sind nicht immer bekannt. Allerdings wurden einige zelluläre Mechanismen identifiziert, die bei den meisten Erkrankungen zur Zellschädigung beitragen. Dazu gehören: Störungen der Proteinhomöostase (Amyloid- und Tau-Ablagerungen bei Alzheimer, Synuclein bei Parkinson und Huntingtin bei Chorea Huntington). Außerdem finden sich gehäuft Mutationen in Hitzeschockproteinen und Chaperonen, erhöhter oxidativer Stress, Störungen der Mitochondrien oder des intrazellulären Transports und Entzündungsreaktionen.
Häufig sind zuerst bestimmte Gehirnregionen betroffen z.B. der Hippocampus bei Alzheimer, oder diedopaminergen Neurone der Susbtantia nigra bei Parkinson.
Die Symptome können abhängig von der Erkrankung und der betroffenen Hirnregion sehr vielfältig sein und umfassen Gedächtnisstörungen, motorische Störungen, Orientierungsprobleme, Persönlichkeitsveränderungen und Änderungen im Verhalten.
Bisher gibt es keine Ursachen-Therapie, sondern nur symptomatische Behandlungen. Es gibt für die Betroffenen keine Heilung, lediglich eine Verzögerung des Fortschreitens der Erkrankung.
Schlaganfall
Beim Schlaganfall kommt es zu einer plötzlich auftretenden Störung des Blutflusses im Gehirn und dadurch zur Unterversorgung des Gewebes mit Sauerstoff und Nährstoffen. Das Gehirn wird lokal geschädigt und es kommt zu einem Verlust von Neuronen. Die Ursache des Schlaganfalls kann ischämisch sein, also hervorgerufen durch die Verstopfung eines Blutgefäßes z.B. durch einen Thrombus, oder eine Gefäßverengung. Des Weiteren kann auch eine Hirnblutung dafür verantwortlich sein, dass Teile des Gehirns unterversorgt werden.
Typische Symptome sind Bewusstseinsstörungen, Taubheitsgefühle, Lähmungen, Schwäche, Sprachstörungen, Schwindel, Gangstörungen und Kopfschmerzen. Häufig treten bestimmte Symptome nur einseitig auf, da nur eine Hemisphäre des Gehirns bzw. Areale einer Hemisphäre unterversorgt sind.
Die Therapie hat das Ziel, die korrekte Durchblutung möglichst schnell wiederherzustellen, um eine weitere Schädigung von Neuronen zu verhindern. Dies geschieht zum Beispiel durch eine sogenannte Lyse-Therapie, bei der der gefäßverschließende Thrombus medikamentös aufgelöst wird. Handelt es sich um einen durch eine Hirnblutung verursachten Schlaganfall, erfolgt in der Regel ein operativer Eingriff am Gehirn.
Bestimmte Risikofaktoren erhöhen die Wahrscheinlichkeit einen Schlaganfall zu erleiden, dazu gehören zu hoher Blutdruck, Diabetes,Rauchen, Übergewicht und zu hohe Cholesterinwerte.
Da die Neurone im Gehirn nicht regenerieren, ist die Schädigung der betroffenen Zellen irreversibel. Allerdings können Physiotherapie und Ergotherapie dazu beitragen, dass andere Hirnareale die Funktionen zumindest teilweise übernehmen.
Multiple Sklerose (MS)
Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung und neben der Epilepsie, die häufigste neurologische Erkrankung bei jungen Erwachsenen.
Die genauen Ursachen der Erkrankung sind bisher nicht geklärt. Es entstehen in der weißen Substanz von Gehirn und Rückenmark Entzündungsherde, in denen das körpereigene Immunsystem die Myelinschicht attackiert. Die Myelinschicht, ist die isolierende Schicht welche die Axone der Nervenzellen umgibt und wird im ZNS von den Oligodendrozyten gebildet. Die Zerstörung der Myelinschicht führt dazu, dass die Signalweiterleitung entlang der Axone nicht mehr korrekt erfolgt, was letztendlich zu den Symptomen der MS führt. Häufig verläuft die MS zunächst Schubförmig, das heißt, die Läsionen im ZNS bilden sich wieder zurück.
Klingt die Entzündung ab, werden die ungeschützten Axone zu Beginn der Erkrankung noch von neuem Myelin umhüllt, welches von differenzierenden Oligodendrozytenvorläufern gebildet wird (man spricht von Remyelinisierung). Es kommt zu einer Besserung der Symptome. Mit Fortschreiten der Erkrankung funktioniert dieser Reparaturmechanismus allerdings nicht mehr und die Axone sterben ab, sodass klinische Symptome sich nicht mehr verbessern. Der Patient entwickelt eine sekundär progrediente MS.
Da die entzündlichen Läsionen prinzipiell in jedem Bereich des Gehirns auftreten können, sind die Symptome der MS entsprechend vielfältig. Zu Beginn treten häufig Störungen des Sehnervs auf, die eine Schubweise Verschlechterung des Sehens bedingen. Die gängigen Behandlungen der MS zielen in erster Linie auf eine Modulation des Immunsystems ab, um weitere Schübe zu verhindern bzw.
Depressionen und neurobiologische Veränderungen
Neben psychosozialen Auslösern gibt es auch immer körperliche Ursachen für das Entstehen einer Depression, d.h. Veränderungen im Körper und insbesondere neurobiologische Veränderungen im Gehirn. Hierzu zählen z.B. vererbte Faktoren, die das Risiko zu erkranken beeinflussen. Durch eine medikamentöse Behandlung mit Antidepressiva kann direkt auf diese neurobiologischen Ungleichgewichte eingewirkt werden.
Jedes unserer Gefühle, jede unserer Stimmungen, jeder Gedanke, jede Wahrnehmung und jedes Verhalten gehen mit einem besonderen Aktivitätsmuster der Nervenzellen in unserem Gehirn einher. Die innerhalb einer Nervenzelle entstehende Aktivität wird über Axone, das sind Ausläufer der Nervenzelle, wie bei einem Kabel, zu vielen anderen Nervenzellen weitergeleitet. Zwischen den Nervenzellen besteht jedoch keine direkte Verbindung. Um den Reiz zur nächsten Nervenzelle weiterzuleiten, werden über unzählige Synapsen, das sind meist knopfartige Ausstülpungen an den Enden der Nervenzellausläufer, sogenannte Botenstoffe (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt (den Raum zwischen zwei Nervenzellen) ausgeschüttet werden. Die vorgeschaltete Zelle leitet so die Aktivität an die nachgeschaltete Zelle weiter. Diese freigegebenen Botenstoffe aktivieren Kontaktstellen (Rezeptoren) an den nachgeschalteten Zellen.
Es gibt viele verschiedene Botenstoffe, die auf Hirnfunktionen Einfluss nehmen. Einer davon, der mit Depression in Verbindung gebracht wird, ist das Serotonin. Da die meisten Antidepressiva die Wirkung des Serotonins beeinflussen, ist eine Annahme, dass eine Störung im Serotoninsystem eine Rolle bei der Depressionsentstehung spielt. Die Vorstellung, es würde schlicht ein Mangel an Serotonin vorliegen, ist zu simpel.
Es gibt kein einzelnes "Depressionsgen", das hauptverantwortlich für die Erkrankung ist. Bei eineiigen Zwillingen, d.h. bei Personen mit gleicher genetischer Ausstattung, leiden in circa 50 % der Fälle beide Zwillinge an einer depressiven Erkrankung. Das bedeutet aber auch, dass die Gene nicht alles erklären können.
Der Fall von Alex Simpson
In Nebraska (USA) feierte Alex Simpson ihren 20. Geburtstag, obwohl Ärzte ihren Eltern gesagt hatten, sie würde kaum ihren fünften Geburtstag erleben. Alex wurde ohne funktionierendes Gehirn geboren und leidet an Hydranenzephalie, einer extrem seltenen Fehlbildung, bei der große Teile des Gehirns fehlen und stattdessen mit Flüssigkeit gefüllte Hohlräume entstehen.
Obwohl Alex nicht sehen und hören kann, glaubt ihre Familie, dass sie mehr wahrnimmt, als die meisten denken.
Hirntod und Wahrnehmung
Ist der Hirntod eingetreten, sind die Rezeptoren im Gehirn funktionslos. Eine Wahrnehmung, wie zum Beispiel eine Schmerzwahrnehmung, ist nicht mehr möglich. Einige Reflexe, sogenannte Rückenmarksreflexe, gehen von den Nerven im Rückenmark aus. Ist der Hirntod eingetreten und wird die künstliche Beatmung fortgesetzt, können spinale Reflexe beispielsweise Spontanbewegungen auslösen oder zum Anstieg des Blutdrucks führen.
Brain Fog: Nebel im Gehirn
Vergesslichkeit, Konzentrationsschwierigkeiten und Probleme beim Strukturieren von Handlungen: Wenn das Gehirn wie in Wolken liegt, kann das den Alltag schwer beeinträchtigen. Es ist mühsam, sich zu konzentrieren. Man ringt nach Begriffen oder Namen. Dinge, die gerade noch im Bewusstsein waren, fallen einem plötzlich nicht mehr ein.
„Brain Fog“ ist keine exakte medizinische Diagnose, sondern eine Reihe von Symptomen, die durch unterschiedliche Ursachen ausgelöst werden können und es den Betroffenen schwer machen, strukturiert zu denken und zu arbeiten. Durch die Covid-Welle ist das Thema verstärkt ins Blickfeld gerückt - denn Brain Fog kann eines der Symptome von Long Covid sein.
Ursachen von Brain Fog
Die unter dem Begriff „Brain Fog“ zusammengefassten Beschwerden können durch unterschiedliche Ursachen ausgelöst werden. Einige davon sind eher leicht behebbar, etwa Flüssigkeitsmangel, zu wenig Schlaf, Bewegungsmangel oder schlechte Ernährung.
Ein Übermaß an Stress kann ebenfalls für Nebel im Gehirn sorgen. Und auch Veränderungen infolge von Schwangerschaft oder Wechseljahren, können den Zustand begünstigen. Außerdem ist „Brain Fog“ als Symptom diverser Krankheiten und als Nebenwirkung von Therapien dokumentiert. Das gilt zum Beispiel für Diabetes, ADHS, Long Covid und das Posturale Tachykardiesyndrom, also Herzrasen und Schwindel beim Aufstehen. Auch psychische Erkrankungen wie Depressionen oder Angststörungen können mit „Brain Fog“ einhergehen.