Das menschliche Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Organ, das als natürliche Rechenmaschine der Superlative fungiert. Mit rund 86 Milliarden Neuronen (Nervenzellen) und einer ähnlichen Anzahl von Gliazellen (Neuroglia) stellt es die komplizierteste anatomische Struktur dar, die wir kennen. Es ist die Steuerzentrale für lebenswichtige Abläufe im Körper und ermöglicht es uns, bis ins hohe Alter aktiv zu bleiben und unsere Lernfähigkeit zu erhalten.
Die Anatomie des Gehirns
Das Gehirn befindet sich im Schädel und besteht aus einer rechten und einer linken Hälfte, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Dieser Balken dient dem Austausch von Informationen zwischen den beiden Gehirnhälften. Geschützt wird das Gehirn durch die Schädelknochen und die drei Schichten der Hirnhaut (Dura mater, Arachnoidea und Pia mater). Die Dura mater, die äußere Schicht, fungiert als Barriere und schützt das Gehirn vor äußeren Verletzungen.
Grob lässt sich das Gehirn in fünf Hauptabschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Kleinhirn (Cerebellum)
- Hirnstamm (Truncus cerebri)
Das Großhirn (Cerebrum)
Das Großhirn, auch Telencephalon genannt, nimmt etwa 80 Prozent der gesamten Hirnmasse ein und bildet den vordersten Bereich des menschlichen Gehirns. Es besteht aus der Großhirnrinde (Kortex), die mit ihren Furchen und Windungen einer Walnuss ähnelt, und der weißen Substanz (Substantia alba), die den inneren Teil des Großhirns bildet. Die Großhirnrinde, mit einer Dicke von zwei bis fünf Millimetern, besteht aus Nervenzellen und Gliazellen. Die Nervenzellen verfügen über Fortsätze (Axone), die die weiße Substanz ausmachen und die lokale sowie überregionale Vernetzung der Gehirnzellen ermöglichen.
Jede Gehirnhälfte des Großhirns ist in vier Bereiche eingeteilt:
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- Frontallappen (Stirnlappen): Kontrolliert Bewegungen und führt kognitive Prozesse aus, unterstützt die Kontrolle der Feinmotorik, Gemüt, Zukunftsplanung, Ziel- und Prioritätensetzung.
- Parietallappen (Scheitellappen): Ist ein primär sensorisches Rindenfeld und für somatosensorische Funktionen zuständig, empfängt und verarbeitet Informationen über Temperatur, Geschmack, Berührung und Bewegung, die vom Rest des Körpers kommen.
- Temporallappen (Schläfenlappen): Beinhaltet das Sprachzentrum, das für das Verständnis und die Verarbeitung von Sprache eine wichtige Rolle spielt. Der mittlere Teil enthält den Hippocampus, der für das Gedächtnis von größter Bedeutung ist und Informationen aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt.
- Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): Ist der hinterste und kleinste der vier Hirnlappen.
Das Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn, auch Cerebellum genannt, befindet sich im unteren hinteren Bereich des Schädels. Trotz seiner geringeren Größe enthält es die meisten Nervenzellen - rund 70 Milliarden. Wie das Großhirn verfügt es über eine Hirnrinde und ist in eine rechte und eine linke Hälfte geteilt. Die Hauptaufgabe des Kleinhirns besteht darin, Bewegungsabläufe zu steuern und zu koordinieren, das Gleichgewicht herzustellen und die Körperhaltung aufrechtzuerhalten. Jede Körperbewegung wird vom Kleinhirn blitzschnell analysiert.
Das Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn enthält den Thalamus, den Hypothalamus und die Zirbeldrüse. Es filtert eingehende Informationen, bevor es sie an das Großhirn weiterleitet. Der Thalamus beinhaltet graue Substanz und ist für die Sammlung von Sinneswahrnehmungen zuständig, die er an den Parietallappen des Großhirns weiterleitet. Der Hypothalamus steuert den Hormonhaushalt und agiert als Brücke zwischen Hormon- und Nervensystem. Er übernimmt die Steuerung von Funktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten und ist mit der Hypophyse verbunden, die die Ausschüttung von Hormonen im Körper reguliert.
Der Hirnstamm (Truncus cerebri)
Der Hirnstamm 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 und kontrolliert Reflexe wie Husten, Harndrang, Erbrechen und Schlucken.
Wie funktioniert das Gehirn?
Das Gehirn ist ein gigantisches Netzwerk von Nervenzellen, die durch Synapsen, den Kontaktstellen zwischen den Zellen, miteinander verbunden sind. Neurotransmitter (chemische Botenstoffe) übertragen die Informationen über diese Synapsen. Man geht von rund 100 Milliarden Synapsen im menschlichen Gehirn aus, wodurch statistisch jedes Neuron mit 1.000 anderen verbunden ist und von jedem anderen Neuron aus in nur vier Schritten zu erreichen wäre. Nicht nur die Neuronen sind an der Weitergabe von Informationen beteiligt, sondern auch die sie umgebenden Gliazellen, die Nährstoffe bereitstellen und verschüttete Neurotransmitter absorbieren. Rund die Hälfte der gesamten Hirnmasse besteht aus Gliazellen.
Bei der Gehirnfunktion spielt die Lateralisation eine wichtige Rolle. Dies bedeutet, dass bestimmte Prozesse bevorzugt in einer der beiden Gehirnhälften des Organismus stattfinden. So ist beispielsweise die linke Gehirnhälfte bei der Sprachproduktion sowie beim Lösen mathematischer Aufgaben ausschlaggebend, während die rechte Gehirnhälfte bei der räumlichen Wahrnehmung und der Gesichtserkennung dominiert.
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Energieverbrauch und Blutversorgung
Das Gehirn ist sehr stoffwechselaktiv und benötigt daher eine hohe Blutzucker- und Sauerstoffzufuhr. Fast ein Viertel des Gesamtenergiebedarfs des Körpers entfällt auf das Gehirn, und bis zu zwei Drittel der täglich mit der Nahrung aufgenommenen Glukose werden vom Gehirn beansprucht. Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und über die Arteria vertebralis. Diese Arterien sind durch weitere Arterien zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst und sicherstellt, dass der Blutbedarf des empfindlichen Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr immer ausreichend ist. Das Gehirn muss ständig mit genügend Sauerstoff, Glukose und weiteren Nährstoffen versorgt werden. Deshalb ist es besonders gut durchblutet.
Die Rolle des Limbischen Systems
Das limbische System ist eine Gruppe miteinander verbundener Strukturen, die Emotion, Lernen und Gedächtnis vermitteln. Es besteht aus einer Vielzahl von Strukturen inklusive Fornix, Hippocampus, Gyrus cinguli, Amygdala, dem parahippokampalen Gyrus sowie Teilen des Thalamus. Der Hippocampus spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung des Langzeitgedächtnisses und ist einer der ersten Areale, die von der Alzheimer-Krankheit befallen werden. Die Amygdala ist eine limbische Struktur, die an vielen Hirnfunktionen beteiligt ist, darunter Emotion, Lernen und Gedächtnis. Der Gyrus cinguli spielt eine Rolle bei der Entwicklung des bewussten emotionalen Erlebens.
Die 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. Diese Schranke stellt eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen dar und kann das empfindliche Gehirn vor im Blut gelösten Schadstoffen schützen.
Gehirnerkrankungen
Das Gehirn, der Supercomputer, ist zwar durch die Schädelknochen geschützt, aufgrund seiner Empfindlichkeit jedoch auch sehr anfällig für Erkrankungen.
- Schlaganfall: Die am häufigsten auftretende Erkrankung des Gehirns, entsteht durch den Verschluss eines Hirngefäßes, wodurch eine Region des Gehirns nicht mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden kann.
- Gehirnerschütterung: Die leichteste Form der Gehirnerkrankung.
- Parkinson: Entsteht durch das Absterben bestimmter Hirnzellen, was zu einer verminderten Ausschüttung des Botenstoffes Dopamin und einer Störung der Motorik führt.
- Demenz: Eine Verminderung der kognitiven Leistungen, die durch Veränderungen im Gehirn entsteht. Am weitesten verbreitet ist im Schnitt der Morbus Alzheimer.
- Gehirntumore: Können in jedem Alter auftreten und gut- oder bösartig sein.
Plastizität und Lernen
Eine der wichtigsten Eigenschaften des Gehirns ist seine Lernfähigkeit. Bis vor wenigen Jahren galt unter Wissenschaftlern als ausgemacht: Das Gehirn eines Erwachsenen verändert sich nicht mehr. Heute weiß man jedoch, dass das Gehirn bis ins hohe Alter laufend umgebaut wird. Manche Neurobiologen vergleichen es sogar mit einem Muskel, der trainiert werden kann. Lernen findet an den Synapsen statt - also den Orten, an denen die elektrischen Signale von einer Nervenzelle zur nächsten übertragen werden. Neurowissenschaftler haben herausgefunden, dass Synapsen die Effektivität der Übertragung variieren können. Man bezeichnet dieses Phänomen auch als synaptische Plastizität. So kann eine Synapse durch einen Vorgang namens Langzeitpotenzierung (LTP) verstärkt werden, indem sie mehr Botenstoff ausschüttet oder mehr Botenstoffrezeptoren bildet. So wissen Neurowissenschaftler heute, dass Synapsen selbst im erwachsenen Gehirn noch komplett neu gebildet oder abgebaut werden können. An wenigen Stellen wie zum Beispiel im Riechsystem können sogar zeitlebens neue Nervenzellen gebildet werden. Es ist also nicht übertrieben, wenn man sagt: Unser Gehirn gleicht zeitlebens einer Baustelle.
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