Das Gehirn, die oberste Schaltzentrale des Körpers, verarbeitet alle bewusst oder unbewusst wahrgenommenen Sinneseindrücke und ermöglicht Integration und Koordination. Es ist ein lebenswichtiges Organ, das durch mehrere Schutzeinrichtungen vor mechanischen Einwirkungen sowie Krankheitserregern geschützt wird.
Schutzmechanismen des Gehirns
Das Gehirn ist durch den aus mehreren Teilen bestehenden knöchernen Schädel geschützt, der in Gesichts- und Hirnschädel unterteilt ist. Der größere Hirnschädel umgibt das Gehirn und dient vor allem als Schutz vor mechanischen Einwirkungen. Zusätzlich schützen drei Hirnhäute (Meningen) das Nervengewebe des Gehirns:
- Dura mater (harte Hirnhaut): Die äußere Hülle ist innen mit den Schädelknochen fest verbunden.
- Arachnoidea (Spinnengewebshaut): Die mittlere Hirnhaut besteht aus Bindegewebe mit kollagenen Fasern, die wie Spinnenweben erscheinen.
- Pia mater (weiche Hirnhaut): Die weiche Hirnhaut liegt dem Gehirn direkt an.
Zwischen der inneren und der mittleren Haut befindet sich Flüssigkeit, die bei Erschütterungen wie eine Art Stoßdämpfer wirkt und somit zum Schutz des Gehirns beiträgt. Im Inneren des Gehirns befinden sich vier Hohlräume (Hirnkammern), die mit Gehirnflüssigkeit (Liquor) gefüllt sind.
Obwohl das Gehirn durch Hirnhäute so gut vor Krankheitserregern geschützt ist, gibt es immer wieder Bakterien und Viren, die diese Barrieren durchdringen können, beispielsweise 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).
Gliederung des Gehirns
Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Hauptabschnitte gliedern:
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- Prosencephalon (Vorderhirn)
- Mesencephalon (Mittelhirn)
- Rhombencephalon (Rautenhirn)
Diese Hauptabschnitte werden weiter unterteilt:
| Hauptabschnitte | Unterabteilung | Hauptbestandteile |
|---|---|---|
| Prosencephalon | Telencephalon (Großhirn) | Großhirnrinde, subkortikale Kerne, limbisches System |
| Diencephalon (Zwischenhirn) | Epithalamus, Thalamus, Hypothalamus, Hypophyse | |
| Mesencephalon | Mittelhirn | Pedunculi cerebri, Tectum mesencephali |
| Rhombencephalon | Metencephalon (Hinterhirn) | Pons (Brücke), Cerebellum (Kleinhirn) |
| Myelencephalon (Nachhirn) | Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark) |
Merkmale einzelner Gehirnabschnitte und funktionelle Verarbeitung
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und nimmt circa 80 % des Gehirnvolumens ein. Es besteht aus zwei großen Hirnhemisphären, die durch den Hirnbalken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Der Balken ist ein Strang aus Nervenfasern, der die Kommunikation zwischen den beiden Hemisphären ermöglicht. Die Oberfläche des Großhirns ist stark gefaltet und weist viele Windungen (Gyri) und Furchen (Sulci) auf, wodurch die Oberfläche vergrößert wird.
Die äußerste Schicht des Großhirns ist die Großhirnrinde (Neocortex), die nur wenige Millimeter dick ist, aber der wichtigste Bestandteil des Großhirns ist. Sie besteht aus grauer Substanz und ist für höhere Gehirnfunktionen wie Lernen, Denken, Verstehen, Sprache, Bewusstsein und Gedächtnis zuständig. Hier laufen die Informationen aus den Sinnesorganen zusammen, werden verarbeitet und schließlich im Gedächtnis gespeichert.
Die Großhirnrinde lässt sich in vier Lappen unterteilen:
- Lobus frontalis (Stirnlappen): Steuerung motorischer Vorgänge, Antrieb, Motivation und psychische Leistungen.
- Lobus parietalis (Scheitellappen): Verarbeitung von Signalen der Sinnesorgane, insbesondere Sensibilität und Berührungsreize.
- Lobus temporalis (Schläfenlappen): Verarbeitung akustischer Informationen.
- Lobus occipitalis (Hinterhauptslappen): Interpretation optischer Reize.
- Insellappen: Viele verschiedene Funktionen, z.B.
Die Großhirnrinde lässt sich in sechs Schichten definieren, welche über die Art und Verteilung der enthaltenden Nervenzellen definiert werden. Diese sechs Schichten tragen den Namen graue Substanz.
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Das Innere des Großhirns besteht aus dem Großhirnmark mit dessen Basalganglien sowie Nervenfasern.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn liegt zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn und ist das oberste Regulationszentrum des vegetativen Nervensystems. Es überwacht somit alle lebenswichtigen Funktionen wie Atmung, Appetit- und Durstempfinden. Es besteht aus:
- Epithalamus: Enthält die Epiphyse (Zirbeldrüse), eine endokrine Drüse, die den zirkadianen Rhythmus steuert.
- Thalamus: Wird oft als "Tor zum Bewusstsein" bezeichnet. Er empfängt fast alle Sinneswahrnehmungen und leitet sie an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns weiter.
- Metathalamus: Schaltstation der Sehbahn und der Hörbahn.
- Hypothalamus: Kontrolliert den Hormonhaushalt und stellt die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten.
- Hypophyse (Hirnanhangsdrüse): Hormondrüse, die mit dem Hypothalamus verbunden ist und Hormone produziert.
- Subthalamus:
Mittelhirn (Mesencephalon)
Das Mittelhirn verbindet das Zwischenhirn mit dem Kleinhirn und ist der kleinste Abschnitt des Gehirns. Es enthält wichtige Strukturen wie:
- Pedunculi cerebri (Hirnschenkel): Enthalten die Pyramidenbahn, die für die Motorik wichtig ist.
- Tectum mesencephali (Vierhügelplatte): Schaltstelle des visuellen Systems (steuert Augenreflexe) und des akustischen Systems (steuert Hörreflexe).
- Tractus opticus: Verarbeitung von Seheindrücken.
- Schaltstellen für Hirnnerven: N. oculomotorius (III), N. trochlearis (IV), N. trigeminus (V).
Hinterhirn (Metencephalon)
Das Hinterhirn besteht aus:
- Pons (Brücke): Enthält auf- und absteigende Bahnen, Schaltstationen für gekreuzte Verbindungen zwischen Großhirn- und Kleinhirnrinde, motorische Leitungsbahnen und ist Teil der Hörbahn.
- Cerebellum (Kleinhirn): Kontrolle Gleichgewichtssinn, Muskeltonus, pyramidales und extrapyramidales System. Das Kleinhirn ist für alle motorischen Abläufe unseres Körpers (Koordination) verantwortlich und speichert erlernte Bewegungen.
Nachhirn (Myelencephalon)
Das Nachhirn, auch Medulla oblongata oder verlängertes Rückenmark genannt, stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar. Es enthält wichtige Kerngebiete von Hirnnerven (6-12) und ist für die Kontrolle von Atmung und Kreislauf, Tränensekretion und Reflexe (z.B. Lidschlussreflex, Saug- und Schluckreflexe) zuständig. Es dient als Schaltstelle von Leitungsbahnen (Rückenmark - Vorderhirn und Vorderhirn - RM). Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.
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Das limbische System
Das limbische System ist eine Gruppe von Strukturen, die mit der Verarbeitung von Emotionen und mit Gedächtnisprozessen befasst sind. Welche Strukturen und Areale zum limbischen System zählen, lässt sich nicht eindeutig sagen - die Angaben variieren entsprechend der Position und des Konzeptes des jeweiligen Autors. Es beeinflusst neben der Steuerung von Emotionen auch Gedächtnis oder Antrieb.
Heutzutage zählen die meisten Wissenschaftler zum limbischen System den Hippocampus, den Gyrus cinguli, den Gyrus parahippocampalis, die Amygdala und das Corpus mammillare. Auch wird die Erweiterung des limbischen Systems um das Riechhirn - inklusive Septum - und Teile des Thalamus diskutiert.
Wichtige Bestandteile sind Hippocampus, Gyrus cinguli, Gyrus parahippocampalis, Amygdala und Corpus mamillare.
- Hippocampus: Eines der ältesten Bestandteile, im Temporallappen, eines der wichtigen Schaltstationen des Limbischen Systems, Form eines Seepferdchenschwanzes. Der Hippocampus ist der Arbeitsspeicher unseres Gehirns und die Schaltstelle zwischen dem Kurz- und dem Langzeitgedächtnis.
- Amygdala (Mandelkern):
- Gyrus cinguli:
- Gyrus parahippocampalis:
- Corpus mamillare:
Der Papez-Kreis läuft vom Hippcampus über den Fornix zu den Corpora mamillaria und weiter über den Thalamus zum Gyrus cinguli, der seinerseits wieder zurück zum Hippocampus projiziert. Damit schließt sich ein Kreis, der essentiell für das Gedächtnis ist: Wird er durch Operationen oder Läsionen unterbrochen, verlieren die Patienten die Fähigkeit zum Abspeichern von neuen Gedächtnisinhalten.
Graue und weiße Substanz
Das Gehirn besteht aus zwei verschiedenen Gewebeanteilen: der grauen und der weißen Substanz.
- Graue Substanz: Enthält alle Zellkörper der Nervenzellen. Bei Groß- und Kleinhirn bildet die graue Masse die umhüllende Rinde. Außerdem befindet sie sich in der weißen Substanz. Die graue Substanz ist ein wichtiger Bestandteil des Zentralnervensystems. Einer Studie zufolge bestimmt die Menge der grauen Substanz die Intelligenz eines Menschen zum Teil.
- Weiße Substanz: Enthält die Nervenfasern, also die Axone der Nervenzellen. Beim Gehirn befinden sich die Nervenzellkörper also vor allem in den äußeren Bereichen und die Axone liegen im inneren Teil des Gehirns.
Blutversorgung des Gehirns
Da der Energieverbrauch des Gehirns so hoch und der Stoffwechsel dort so aktiv ist, benötigt es sehr viel Sauerstoff und Glukose (Energielieferant). Denn obwohl das Gehirn nur 2% des Körpergewichts ausmacht, geht ungefähr ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs an das Gehirn.
Die Durchblutung des Gehirns läuft über zwei große, jeweils in Paaren angelegte Arterien ab:
- Arteria carotis interna (innere Halsschlagader): Verläuft seitlich am Hals entlang und entspringt aus der Halsschlagader (Arteria carotis communis).
- Arteria vertebralis: Kommt aus den Wirbelkörpern und tritt durch das Hinterhauptsloch in die Schädelhöhle ein.
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 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.
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