Das Gehirn, auch Cerebrum genannt, ist ein komplexes Organ, das im Durchschnitt etwa 1.400 Gramm wiegt. Diese Masse variiert je nach Geschlecht und Körpergröße. Trotz seines relativ geringen Gewichts steuert es fast alle lebenswichtigen Körperfunktionen, ermöglicht Denken, emotionales Erleben und viele weitere Prozesse. Das Gehirn verarbeitet Sinneseindrücke, koordiniert die Körperfunktionen und hält sie aufrecht. Dies wird durch die ständige Kommunikation und den Informationsaustausch zwischen Milliarden von Gehirnnervenzellen (Neuronen) ermöglicht.
Die Hauptstrukturen des Gehirns
Das Gehirn besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch den sogenannten Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Es muss in besonderem Maße vor Verletzungen geschützt werden. Die verschiedenen Leistungen erbringt das Gehirn in jeweils speziell dafür zuständigen Hirnregionen. Diese Regionen entsprechen bestimmten Gebieten des Gehirns, die sich auch anhand der Anatomie nachvollziehen lassen. Die Hirntätigkeit können Wissenschaftler teilweise anhand der begleitenden Stoffwechselvorgänge sichtbar machen, indem sie den Sauerstoff- oder Zuckerverbrauch des Gehirns beobachten.
Liquor: Schutz und Versorgung
Liquor ist die Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt. Das Zentralnervensystem (ZNS) besteht aus zwei großen Teilen: dem im Kopf gelegenen Gehirn und dem Rückenmark. Das Gehirn wird von den Schädelknochen und innerhalb des Schädels von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben. In dieser festen Hülle schwimmt es im Hirnwasser, dem Liquor. Das Gehirn setzt sich aus Nervenzellen, Gliazellen (Stütz- und Versorgungsgewebe) und Blutgefäßen zusammen. Die Ventrikel stehen mit den äußeren Liquorräumen in Verbindung. Auch das Rückenmark ist von Liquor umgeben.
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und am höchsten entwickelte Teil des Gehirns. Der Homunculus stellt schematisch dar, wo in der Hirnrinde die für die Motorik und die für die Sinneseindrücke zuständigen Nervenzellen liegen. Dabei zeigt sich, dass die Beine im oberen, die Arme im mittleren und die Zungen- und Gesichtsmuskeln im unteren Drittel der Rinde repräsentiert werden. Im Verhältnis zu ihrer tatsächlichen Größe nehmen die Nervenzellen der Hände, des Kopfes und des Schlundes sehr große Areale ein. Die Nervenzellfortsätze ziehen aus der Hirnrinde in das Innere des Großhirns.
Das Großhirn unterteilt sich in zwei weitgehend symmetrische Hälften (Hemisphären), die durch den Balken (Corpus callosum) und weitere Nervenfasern miteinander in Verbindung stehen. Die meisten Funktionszentren kommen gleichermaßen in beiden Hirnhälften vor. Einige Zentren jedoch gibt es nur einmal - wie etwa das Sprachzentrum.
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Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn wiegt mit circa 130 bis 140 Gramm zehnmal weniger als das Großhirn. Es liegt an der Basis des Schädels unter dem Hinterhauptlappen des Großhirns. Es stimmt Bewegungen aufeinander ab und speichert Abläufe, sodass nach einiger Übung bestimmte Bewegungen automatisch erfolgen. Verbindungen zur Großhirnrinde, zum Hirnstamm, zum Rückenmark und zum Gleichgewichtsorgan ermöglichen es dem Kleinhirn, seine wichtigen Funktionen zu erfüllen.
Das Cerebellum gibt keine Bewegungsimpulse, vielmehr stimmt es Bewegungen fein ab, erhält die Muskelspannung und das Gleichgewicht. Wie das Großhirn hat auch das Cerebellum eine Rinde; in ihr liegt die graue Substanz des Kleinhirns: die Zellkörper der Nervenzellen.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn 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.
Hirnstamm (Truncus cerebri)
Der Hirnstamm ist der älteste Teil des Gehirns. Er befindet sich unter den anderen Abschnitten nahe dem Rückenmark und wird fast vollständig von beiden Hirnhälften, den Hemisphären, umschlossen. Im Nachhirn kreuzen die aus dem Rückenmark kommenden Nervenbahnen. Das führt dazu, dass Informationen einer Körperseite in der gegenüberliegenden Hirnhälfte verarbeitet werden.
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Gehirnzellen: Neuronen und Gliazellen
Das Gehirn besteht aus einer Reihe unterschiedlicher Gehirnzellen. Die wichtigsten und häufigsten Gehirnzellen sind die Nervenzellen (Neurone): Von ihnen gibt es im menschlichen Gehirn ungefähr 200 Milliarden. Der Körper der Nervenzelle misst etwa 5 bis 100 Mikrometer (1 Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter). Die Nervenzellfortsätze verjüngen sich auf einen Durchmesser von etwa einem Mikrometer. Am Ende des Axons befinden sich die Endplatten. Dort, wo sie die benachbarte Zelle berühren, bilden sich Synapsen aus. 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. Nervenzellen teilen sich nach der Geburt nicht mehr.
Die Nervenzellen werden von den Gliazellen umhüllt. Gliazellen machen etwa 50 Prozent der gesamten Hirnmasse aus. Die meisten Hirntumoren entstehen aus diesen Gliazellen (Gliome). Astrozyten haben für den Stoffwechsel und die Versorgung des Gehirns eine wichtige Funktion und sind am Aufbau der Blut-Hirn-Schranke beteiligt. Oligodendrozyten bilden die Markscheiden um die Nervenzellfortsätze, die Ependymzellen kleiden die Gehirnkammern (Ventrikel) aus.
Weitere wichtige anatomische Merkmale
Im Schädel finden sich einige Aussparungen, die sogenannten Foramina (lateinisch für "Löcher"). Hier treten vor allem Blutgefäße in den Schädel ein beziehungsweise aus. Durch die größte Öffnung, das Foramen magnum, steht der Hirnstamm mit dem Rückenmark in Verbindung.
Die Hirnhäute umfassen:
- harte Hirnhaut (Dura mater)
- Spinngewebshaut (Arachnoidea): Hier verlaufen zahlreiche Blutgefäße.
Bedeutsam sind auch die zahlreichen feinen Blutgefäße des Gehirns: die Kapillaren. Die Blut-Hirn-Schranke lässt nur wenige Stoffe passieren. Welche Stoffe die Blut-Hirn-Schranke durchlässt, kontrollieren die Endothel- und Gliazellen.
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Dem Hirnstamm entspringen zwölf paarige Hirnnerven (I-XII). Sie haben motorische (Bewegung), sensible oder sensorische (Empfindungen) sowie vegetative (lebenswichtige Vorgänge) Funktionen.
Beispiele für Hirnnerven und ihre Funktionen:
- Nervus ophthalmicus: Empfindungen an Auge, Gesichtshaut, Nasenschleimhaut
- Nervus maxillaris: Oberkiefer und Zähne, Rachen
- Nervus mandibularis: Haut und Schleimhaut des Unterkiefers, Unterkieferzähne, Zunge, Kaumuskulatur
- Nervus abducens (VI): versorgt einen Augenmuskel
- Nervus fascialis (VII): Gesichtsmuskulatur (Mimik), Geschmack, Kopfdrüsen
- Nervus vestibulocochlearis (VIII): Hören, Gleichgewicht
- Nervus glossopharyngeus (IX): Geschmack, Schlucken (Schlundmuskeln)
- Nervus vagus (X)
Alle weiteren Nerven, die das Gehirn mit Informationen versorgen beziehungsweise Informationen vom Gehirn in die verschiedenen Körperregionen transportieren, entspringen im Rückenmark.
Funktionelle Karte des Gehirns
Mit dem heutigen Wissen lässt sich eine funktionelle Karte des Gehirns erstellen. So weiß man, dass im Stirnhirn die Funktionen von Intelligenz, Sprache (motorisches Sprachzentrum), die Persönlichkeitsmerkmale sowie die Bewegungssteuerung zu finden sind. Zellen des Schläfenlappens sind wichtig für das Gedächtnis, für Gefühle und Emotionen. Der Schläfenlappen beherbergt zudem die Hörrinde und das Sprachverständnis. Im Hirnstamm befinden sich Nervenbahnen, die das Gehirn mit dem Rückenmark verbinden. Weiterhin liegt dort das Atemzentrum. Es regelt die Atmung, das Herz-Kreislauf-System und den Blutdruck. Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) schüttet Hormone oder Vorstufen von Hormonen in die Blutbahn aus. Das Kleinhirn hält Bewegungsprogramme bereit und stimmt Bewegungsabläufe ab.
Da sich die meisten Hirnleistungen einer bestimmten anatomischen Hirnregion zuordnen lassen, weisen bestimmte Ausfälle - etwa Bewegungsstörungen, Sprachstörungen oder Sehstörungen - bereits auf krankhafte Veränderungen eines bestimmten Hirnareals hin. Dabei kann es sich zum Beispiel um Durchblutungsstörungen (Schlaganfall) oder gut- oder bösartige Gewebeneubildungen handeln.
Schutzmechanismen des Gehirns
Der Schädel wirkt als Panzer für das darin liegende Gehirn und schützt vor Verletzungen. Die Hirnflüssigkeit zwischen Hirnhaut und Gehirn wirkt für das gesamte System als Dämpfer bei Stößen und Schlägen.
Die Rolle des Fornix
Der Fornix, obwohl nicht die aufregendste Hirnstruktur, zeichnet sich durch seine Schönheit aus. Er wird auch als "Gewölbe" bezeichnet und ähnelt einem solchen. In ihm bündeln sich Nervenfasern, die die Zentren des limbischen Systems untereinander verbinden: Hippocampi, Septumkerne und Corpora mammillaria. Der Fornix ist ein faszinierendes Gebilde, das sowohl unscheinbar als auch hochinteressant ist.
Funktionell gesehen ist er ein Fasersystem, eine Ansammlung von Axonen der Nervenzellen, die drei weit auseinanderliegende Zentren des Großhirns miteinander verbinden: die Hippocampi, die Septumkerne und die Corpora mammillaria. Er ist ein mächtiges Faserbündel im limbischen System.
Gestalterisch beeindruckt der Fornix durch seine Größe und Form. Er besteht nicht aus geraden Leitungen, sondern verfügt über Schwünge und Bögen, die an ein barockes Bauwerk erinnern. Der Fornix ähnelt einem liegenden, gekrümmten „X“. An dessen Enden hängen die Strukturen, die über die Nervenfasern des Fornix hinweg miteinander in Verbindung stehen. Nach hinten und unten sind das die Hippocampi des Temporallappens. Der Fornix verbindet sie reziprok miteinander, stellt aber auch eine schwungvolle Verbindung mit den Corpora mammillaria her, die am anderen, vorderen Ende des „X“ hängen. Zudem gibt es an den vorderen Enden des Fornix einen kleinen faserigen „Abzweig“, der noch ein Stückchen weiter nach vorne zu den Septumkernen des basalen Großhirns reicht.
Im mittigen Längsschnitt durch das Gehirn sieht man vom Fornix nur einen kleinen Teil - sein Zentrum, den Kreuzungspunkt, das Corpus fornicis -, das sich wie ein Gewölbe über den dritten Ventrikel des Zwischenhirns und die ihn flankierenden Thalami spannt. Vereinfacht gesagt, enthält der Fornix überwiegend die Ausgänge der Hippocampusformation, die mehrheitlich zum gegenüberliegenden Hippocampus und zu den Corpora mammillaria ziehen.
Das Rückenmark: Verbindung zum Gehirn
Dieser Abschnitt soll eine Übersicht über den Aufbau und die Aufgaben des Rückenmarks geben und aufzeigen, wie es mit den anderen Teilen des Nervensystems zusammenarbeitet. Am unteren Ende verjüngt sich das Rückenmark zum Conus medullaris und endet als dünner Strang (Filum terminale). Das Rückenmark wird von zwei Quellen aus mit Blut versorgt: von den Wirbelarterien und von den Segmentarterien.
Bei Kindern liegt das Ende des Rückenmarks ungefähr in Höhe des vierten Lendenwirbels. das Seitenhorn enthält Nervenzellen des autonomen Nervensystems (vegetative Nervenzellen). Die weiße Substanz enthält die entsprechend zugehörigen Nervenfaserbahnen. Die größte vom Gehirn durch das Rückenmark absteigende Bahn ist die Pyramidenbahn. Der Spinalnerv enthält alle Fasern, aufsteigende (afferente) wie absteigende (efferente), und geht in Nerven des peripheren Nervensystems über. Im Spinalnerv, also kurz vor Eintritt ins / Austritt aus dem Rückenmark, erfolgt die Aufteilung in die Fasern der auf- und absteigenden (afferenten und efferenten) Bahnen. Beim Menschen zählt man in der Regel 31 Spinalnervenpaare, die jeweils seitlich aus dem Wirbelsäulenkanal austreten.
Manche Erregungen (Reize) werden von den aufsteigenden Bahnen im Rückenmark gar nicht erst zum Gehirn weitergeleitet, sondern unmittelbar auf derselben oder einer höher gelegenen Rückenmarksebene umgeschaltet. Die aufsteigenden Fasern verlaufen in diesem Fall statt zum Gehirn direkt zu Zellen des Vorderhorns und übertragen dort die Erregung. Diesen Weg der Erregungsübertragung nennt man Reflexbogen, und eine so ausgelöste Muskelreaktion nennt man Reflex. Reflexe werden bei jeder körperlichen Untersuchung geprüft.
Kleinhirn und seine Funktion
Das Kleinhirn besteht aus den beiden Kleinhirnhälften (Kleinhirnhemisphären) und dem Kleinhirnwurm (Vermis cerebelli). Es ist beidseits durch die Kleinhirnstiele mit dem Hirnstamm verbunden. Im Längsschnitt erinnern die Kleinhirnstrukturen an Verästelungen eines Laubbaums. Sie werden deshalb auch Lebensbaum genannt. Dabei bildet die graue Substanz die aus drei Nervenzellkernschichten bestehende Kleinhirnrinde (Körnerschicht, Purkinje-Schicht, Molekularschicht). Tief im Mark liegen wiederum Gruppen von Nervenzellkernen, die Kleinhirnkerne. Diese sind selbständige Schaltzentren, die Impulse erhalten und weitergeben.
Das Kleinhirn ist das Kontrollorgan für das Zusammenwirken von Muskelbewegungen (Koordination), für die Feinabstimmung von Bewegungsabläufen und für die Regulierung der Muskelspannung.
- Vestibulocerebellum: Das Vestibulocerebellum beeinflusst die Köperhaltung und die Feinabstimmung von Augenbewegungen.
- Spinocerebellum: Das Spinocerebellum wird hauptsächlich durch den Kleinhirnwurm gebildet.
- Pontocerebellum: Die beiden Kleinhirnhemisphären bilden das Pontocerebellum.
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