Hauptabschnitte des Gehirns: Eine umfassende Übersicht

Das Gehirn, auch Encephalon genannt, ist ein faszinierendes und komplexes Organ, das als Steuerzentrale des Körpers fungiert. Es ist der Teil des zentralen Nervensystems, der innerhalb des knöchernen Schädels liegt und diesen ausfüllt. Das Gehirn steuert lebenswichtige Aufgaben, wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Es besteht aus unzähligen Nervenzellen, die über zuführende und wegführende Nervenbahnen mit dem Organismus verbunden sind und ihn steuern. Das menschliche Gehirn besitzt etwa 100 Milliarden Nervenzellen, welche zusammen das komplexeste Organ des Menschen bilden.

Gewicht, Volumen und Zusammensetzung

Das Gehirnvolumen beträgt beim Menschen etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse. Das Gewicht des Gehirns macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus. Die Länge aller Nervenbahnen unseres Gehirns zusammen beträgt ungefähr 5,8 Mio. Kilometer. Ein Mensch hat ungefähr 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem, unser Gehirn, 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.

Schutzmechanismen des Gehirns

Das Gehirn ist ein lebenswichtiges, sensibles Organ, das durch mehrere Schutzeinrichtungen vor mechanischen Einwirkungen wie Stößen und Schlägen sowie Krankheitserregern geschützt wird.

• Knöcherner Schädel: Die äußerste Schutzschicht stellt der knöcherne Schädel dar. Dieser wird in Gesichts- und Hirnschädel unterteilt, wobei der größere Hirnschädel das Gehirn umgibt. Er dient vor allem als Schutz vor mechanischen Einwirkungen.
• Hirnhäute (Meningen): Das Nervengewebe des Gehirns ist von drei verschiedenen Hirnhäuten (Meningen) geschützt, bevor es vom Schädel umgeben wird. Sie setzen sich außerhalb unseres Gehirns in den Rückenmarkshäuten fort. Die drei Hirnhäute sind:
  • Dura mater (harte Hirnhaut)
  • Arachnoidea (Spinnengewebshaut): Die Spinnengewebshaut ist die mittlere Hirnhaut. Ihr Bau unterscheidet sich von den anderen Hirnhäuten. Sie besteht aus Bindegewebe mit kollagenen Fasern. Diese Strukturen erscheinen wie Spinnenweben.
  • Pia mater (weiche Hirnhaut): Die weiche Hirnhaut liegt dem Gehirn direkt an.
• Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit): Der Liquor ist die Flüssigkeit, welche das Gehirn und auch das Rückenmark schützend umgibt. Der Gefäßring und seine Äste liegen zwischen zwei Hirnhäuten (der Spinngewebshaut und der inneren Hirnhaut) im sogenannten Subarachnoidalraum und sind dort von Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) umgeben, der die dünnwandigen Gefäße schützt. Das Gehirn weist mehrere Hohlräume (Hirnkammern) auf, in denen der Liquor zirkuliert und die zusammen das Ventrikelsystem bilden.
• Blut-Hirn-Schranke: Das empfindliche Gewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke gegen schädigende Substanzen im Blut (wie Gifte, Krankheitserreger, bestimmte Medikamente etc.) abgeschirmt. 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.

Hauptabschnitte des Gehirns

Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern, die sich während der embryonalen Entwicklung aus drei primären Hirnbläschen bilden: Vorderhirn, Mittelhirn und Rautenhirn. Aus der Hirnanlage bilden sich zunächst drei hintereinander liegende Abschnitte (primäre Hirnbläschen) heraus, die dann das Vorderhirn, das Mittelhirn und das Rautenhirn bilden. In der weiteren Entwicklung entstehen daraus fünf weitere, sekundäre Hirnbläschen: Aus dem Vorderhirn entwickeln sich Großhirn und Zwischenhirn. Aus dem Rautenhirn gehen die Medulla oblongata, die Brücke und das Kleinhirn hervor.

Die fünf Hauptabschnitte sind:

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1. Großhirn (Telencephalon): Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Das Großhirn nimmt den größten Anteil des Gehirns ein - circa 80 % des Gehirnvolumens. Wie schon beschrieben besteht das Großhirn aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch den sogenannten Balken in der Mitte getrennt werden. Der Balken ist ein Strang aus Nervenfasern. Die äußerste Schicht des Großhirns ist die Großhirnrinde. Sie ist nur wenige Millimeter dick, jedoch der wichtigste Bestandteil des Großhirns. Das Großhirn ist für die höheren Gehirnfunktionen wie Lernen, Denken und Verstehen zuständig. Das Großhirn kontrolliert Bewegungen und verarbeitet Sinneseindrücke von außen. Hier entstehen bewusste und unbewusste Handlungen und Gefühle. Es ist außerdem für Sprache und Hören, Intelligenz und Gedächtnis verantwortlich.
2. Zwischenhirn (Diencephalon): Das Zwischenhirn besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Das Zwischenhirn liegt, wie der Name schon sagt, zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn. Das Zwischenhirn ist das oberste Regulationszentrum des vegetativen Nervensystems. Es überwacht somit alle lebenswichtigen Funktionen wie Atmung, Appetit- und Durstempfinden. Der wohl bekannteste Teil des Zwischenhirns ist der Hypothalamus mit der Hirnanhangsdrüse.
3. Mittelhirn (Mesencephalon): Das Mesencephalon ist der kleinste Abschnitt des Gehirns. Das Mittelhirn verbindet das Zwischenhirn mit dem Kleinhirn. Zusammen mit dem verlängerten Rückenmark und der dazwischenliegenden Brücke bildet es den Hirnstamm.
4. Kleinhirn (Cerebellum): Oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären sitzt das Kleinhirn. Das Kleinhirn ist für alle motorischen Abläufe unseres Körpers (Koordination) verantwortlich. Vielleicht hast du auch schon einmal bemerkt, wie du automatisch nach deiner Zahnbürste greifst, ohne darüber nachzudenken. Dein Gehirn speichert solche Gewohnheiten im sogenannten Kleinhirn.
5. Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata): Das auch als Nachhirn bezeichnete Meyelencephalon stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar. Das verlängerte Rückenmark wird auch als Nachhirn bezeichnet.

Detaillierte Betrachtung der einzelnen Abschnitte

Großhirn (Telencephalon)

Das Großhirn besteht aus zwei Hälften, den Hemisphären, die durch den Balken (Corpus callosum) verbunden sind. 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. Im Großhirn ist die Hirnrinde der linken Gehirnhälfte für die Sprache verantwortlich. Die Hirnrinde der rechten Gehirnhälfte vermittelt dem Gehirn die räumliche Stellung des Körpers - beispielsweise, wo sich der Fuß gerade befindet.

Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, um die Oberfläche zu vergrößern. Sie besteht aus grauer Substanz und ist in verschiedene Lappen unterteilt:

• Stirnlappen (Lobus frontalis): zuständig für Planung, Entscheidungsfindung,Problemlösung,Bewegung (motorischer Kortex) und Sprache (Broca-Areal)
• Scheitellappen (Lobus parietalis): zuständig für sensorische Wahrnehmung, räumliche Orientierung und Aufmerksamkeit
• Schläfenlappen (Lobus temporalis): zuständig für auditive Verarbeitung, Gedächtnis undSprache (Wernicke-Areal)
• Hinterhauptslappen (Lobus occipitalis): zuständig für visuelle Verarbeitung

Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn besteht aus mehreren Strukturen:

• Thalamus: Der Thalamus teilt dem Großhirn unter anderem Sinneseindrücke der Haut, der Augen und der Ohren mit. 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.
• Hypothalamus: Der Hypothalamus reguliert zum Beispiel Hunger, Durst und Schlaf und kontrolliert zusammen mit der Hirnanhangdrüse (Hypophyse) den Hormonhaushalt. 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.
• Hypophyse: Die Hypophyse ist mit dem Hypothalamus über einen Stiel verbunden. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn.

Mittelhirn (Mesencephalon)

Das Mittelhirn ist der kleinste Abschnitt des Gehirns und spielt eine Rolle bei der Steuerung von Augenbewegungen, der Verarbeitung von auditorischen und visuellen Informationen sowie der Motorik. Pyramidenbahn, durch eine laterale und mediale Furche begrenzt = Motorik. Tractus opticus = Verarbeitung von Seheindrücken. Vierhügelplatte = Schaltstelle des visuellen Systems, steuert Augenreflexe; Schaltstelle des akustischen Systems steuert Hörreflexe. Schaltstelle für N. oculomotorius (III), N. trochlearis (IV), N. trigeminus (V)

Kleinhirn (Cerebellum)

Das Kleinhirn koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen. Es ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich. Das Kleinhirn übernimmt die Kontrolle und Funktion motorischer Aktivitäten sowie die Steuerung von kognitiven¹ Prozessen, wie das Halten des Körpergleichgewichts oder kurzzeitiges Einprägen von gehörten Worten.

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Nachhirn (Medulla oblongata)

Das Nachhirn stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar. Im Nachhirn mit dem verlängerten Mark werden lebenswichtige Funktionen und Reflexe, wie Atmen oder Schlucken, geregelt. Medulla oblongata: Verlängerung des Rückenmarks, Lokalisation wichtiger Kerngebiete von Hirnnerven (6-12). Funktionen: Schaltstelle von Leitungsbahnen (Rückenmark - Vorderhirn und Vorderhirn - RM), Kontrolle von Atmung und Kreislauf, Tränensekretion, Reflexzentrum (z.B. Lidschlussreflex, Saug- und Schluckreflexe). Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.

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 schaltet Informationen vom Gehirn zum Kleinhirn und dem Rückenmark um und kontrolliert Bewegungen der Augen sowie die Mimik. Der Hirnstamm ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. 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.

Blutversorgung des Gehirns

Das Gehirn muss ständig mit genügend Sauerstoff, Glukose und weiteren Nährstoffen versorgt werden. Deshalb ist es besonders gut durchblutet. 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. Die Blutversorgung des Gehirns läuft über zwei große, jeweils in Paaren angelegte Arterien ab. Seitlich am Hals entlang verläuft die innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der Halsschlagader (Arteria carotis communis) entspringt.

Die vordere Hirnarterie (Arteria cerebri anterior) versorgt das Gewebe hinter der Stirn und im Bereich des Scheitels. Die mittlere Hirnarterie (Arteria cerebri media) ist für die Seite und weiter innen liegende Gehirnbereiche wichtig. Die vordere und die mittlere Hirnarterie zweigen von der inneren Halsschlagader ab. Die hintere Hirnarterie (Arteria cerebri posterior) versorgt den Hinterkopf und den unteren Bereich des Gehirns sowie das Kleinhirn. Sie wird mit Blut aus den Wirbelarterien gespeist.

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: Wenn zum Beispiel ein Arterienast allmählich immer enger wird, kann über diese „Umwege“ (sogenannte Kollateralen) trotzdem Blut in den betroffenen Hirnbereich fließen.

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Funktionsweise des Gehirns

Ein reibungsloses Funktionieren aller Organe und Gewebe im Körper sowie ein sinnvolles Verhalten sind nur möglich, wenn alle Organfunktionen von einer übergeordneten Kontrollinstanz koordiniert und kontrolliert werden und alle Informationen, die uns die Umwelt liefert, aufgenommen, verarbeitet und beantwortet werden. Diese Aufgabe leistet unser Gehirn, das Netzwerk aus Milliarden von Nervenzellen (Neuronen).

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.

Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Der Prozess heißt auch neuronale oder synaptische Plastizität. Das beantwortet zum Beispiel die Frage „Wie lernt das Gehirn?“. Denn Lernfähigkeit kommt dadurch zustande, dass durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden.

Energieverbrauch und Gehirnkapazität

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. Denn obwohl das Gehirn nur 2% des Körpergewichts ausmacht, geht ungefähr ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs an das Gehirn.

Die Gehirnkapazität ist deutlich größer als die, die wir im Alltag tatsächlich nutzen. Das bedeutet: Ein Großteil unserer Gehirnkapazität ist ungenutzt.

Häufige Erkrankungen des Gehirns

Das Gehirn kann aber auch durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Am besten können Schädigungen durch ein Gehirn-MRT festgestellt werden. Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) wird der Kopf sozusagen gescannt und ein Bild erstellt. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten.

Einige Beispiele für Erkrankungen des Gehirns 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.
• Hirnhautentzündung (Meningitis): Obwohl das Gehirn durch Hirnhäute so gut vor Krankheitserregern geschützt ist, gibt es immer wieder Bakterien und Viren, die diese Barrieren durchdringen können. Sei es durch offene Kopfwunden, über den Blutkreislauf oder durch sich ausbreitende Infektionen aus Nasennebenhöhlen und Mittelohr. Die Erreger dringen in die Hirnhäute ein und verursachen dort eine Hirnhautentzündung (Meningitis).

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