Anatomie der Gehirnoberfläche: Ein umfassender Überblick

Das menschliche Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Organ, das unser Verhalten, unser Denken und unsere Empfindungen steuert. Es besteht aus Milliarden von Nervenzellen, die auf komplexe Weise miteinander verschaltet sind. Trotz dieser Komplexität lässt sich das Gehirn gut in verschiedene Bestandteile und Areale einteilen, denen sich zum Teil bestimmte Funktionen zuordnen lassen.

Gliederung des Gehirns in Hauptregionen

Die menschliche Gehirn-Anatomie lässt sich auf verschiedene Weise beschreiben. Zunächst ist es sinnvoll, das Gehirn (Encephalon) in fünf Hauptregionen eingeteilt zu betrachten. Die Bezeichnung dieser Hauptregionen richtet sich nach der einfachen Gehirn-Anatomie von niederen Wirbeltieren, bei denen die Regionen hintereinander röhrenförmig liegen. Das menschliche Gehirn ist im Vergleich dazu zwar komplizierter aufgebaut, aber diese fünf Hirnteile sind trotz weiterer evolutionärer Entwicklung immer noch deutlich zu erkennen:

1. Vorderhirn (Prosencephalon): Besteht aus Endhirn (Telencephalon) und Zwischenhirn (Diencephalon).
2. Mittelhirn (Mesencephalon): Verbindet Vorder- und Hinterhirn.
3. Hinterhirn (Metencephalon): Umfasst das Kleinhirn (Cerebellum) und die Brücke (Pons).
4. Nachhirn (Myelencephalon): Geht in das Rückenmark über.

Das Vorderhirn: Endhirn und Zwischenhirn

Das Vorderhirn besteht aus dem Endhirn und dem Zwischenhirn.

Das Endhirn (Telencephalon)

Das Endhirn, auch Großhirn genannt, ist der größte und am höchsten entwickelte Teil des Gehirns. Es macht etwa 85 % der Gehirnmasse aus und ist für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Lernen, Gedächtnis, Sprache und Handlungsplanung verantwortlich.

Großhirnrinde (Cortex cerebri): Der große Cortex des Endhirns (Großhirnrinde, Cortex cerebri) ist besonders kennzeichnend für die menschliche Gehirn-Anatomie. Die Rinde des Gehirns - der Cortex - bedeckt fast das ganze von außen sichtbare Gehirn. Sie ist stark gefaltet und durchzogen von zahlreichen Furchen, wodurch voneinander abgrenzbare Bereiche entstehen - jede der beiden Großhirnhälften verfügt zum Beispiel über vier von außen sichtbare Lappen, die Lobi. Zieht man das innen liegende, vor allem aus Nervenfasern bestehende Großhirnmark mit den darin eingebetteten Basalganglien ab, bleibt eben der Cortex - eine Schicht von zwei bis fünf Millimetern Dicke. Diese Schicht bezeichnet man auch als graue Substanz, weil sie reich an Nervenzellkörpern ist, die ihr eine rotbraune bis graue Farbe geben. Man hat die Anzahl der Nervenzellen (Neurone) in der Großhirnrinde mit ca. 23 Milliarden im männlichen und ca. 19 Milliarden im weiblichen Gehirn bestimmt - wobei zu beachten ist, dass der durchschnittliche männliche Körper auch größer ist als der weibliche. Die Großhirnrinde allein nimmt knapp die Hälfte des Hirnvolumens ein. Möglich wird dies durch Windungen, die man Gyri nennt, und tiefe Furchen, die als Sulci oder Fissurae bezeichnet werden.

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Hemisphären und Balken: Das Endhirn setzt sich aus zwei Hemisphären zusammen, die durch den Spalt "Fissura longitudinalis cerebri" voneinander getrennt sind. Tiefer im Innern sind sie allerdings durch den sogenannten Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden. Die beiden Gehirnhälften sind über den Balken, eine Art Brücke im Schädelinneren, miteinander verbunden. Die Hemisphären haben zwar ihre jeweiligen Aufgaben, arbeiten jedoch oft mit der anderen Seite Hand in Hand, um komplexe kognitive Prozesse zu bewerkstelligen. Hinzu kommt, dass viele Aufgaben und Funktionen von beiden Gehirnhälften ausgeführt werden - nur eben nicht gleichermaßen. So beteiligen sich beispielsweise beide Hälften an Sprachprozessen, wobei die linke Hälfte hier eine größere Rolle spielt.

Lappen des Großhirns: Der Cortex cerebri ist in vier Lappen unterteilt:

• Stirnlappen (Lobus frontalis): Wie der Name schon verrät, liegt der Stirnlappen vorne im Stirnbereich. Hier liegen Funktionen wie Intelligenz, Sprache (motorisches Sprachzentrum), Persönlichkeitsmerkmale sowie Bewegungssteuerung. Schädigungen im Bereich der ganz vorn und an der Unterseite liegenden Rindengebiete des Frontallappens haben manchmal schwere Persönlichkeitsveränderungen zur Folge. Im Frontallappen liegt unter anderem die Präzentralregion. Hier befinden sich die beiden Rindenfelder, die die motorische Rinde (Areas 4 und 6) bilden. Die motorische Rinde ist das Hauptursprungsgebiet der Nachrichtenvermittlung für Muskelaktivitäten. Ein weiteres Rindenfeld (Area 8) gilt als das Blickzentrum für willkürliche Augenbewegungen.
• Scheitellappen (Lobus parietalis): Der Scheitellappen grenzt von hinten an den Stirnlappen und reicht bis zum am Hinterkopf gelegenen Hinterhauptlappen. Der Scheitellappen weist Areale der Körperwahrnehmung auf, die Haut, Organe, Muskeln und Gelenke vermitteln. Im Scheitellappen (Parietallappen) liegt unter anderem die Postzentralregion. verschiedene Formen der Agnosie.
• Schläfenlappen (Lobus temporalis): Der Schläfenlappen befindet sich seitlich unterhalb des Scheitellappens. Beispielsweise liegen im Schläfenlappen Areale, die Informationen des Hörsinns verarbeiten. Zellen des Schläfenlappens sind wichtig für das Gedächtnis, für Gefühle und Emotionen. Der Schläfenlappen beherbergt zudem die Hörrinde und das Sprachverständnis. In den Schläfenlappen liegt unter anderem die Hör- und die Sprachregion. Im hinteren Bereich der oberen Schläfenlappenwindung (Gyrus temporalis superior) der dominanten Hemisphäre liegt das sensorische oder Wernicke Sprachzentrum, bei dessen Schädigung eine Störung des Wortverständnisses eintritt (sensorische Aphasie). Man nimmt außerdem an, dass die Schläfenlappenrinde eine wichtige Rolle der bewussten und unbewussten Verfügbarkeit der eigenen Vergangenheit und der in ihr gemachten Erfahrungen spielt, ohne die man sich in seiner Umwelt nicht zurechtfinden würde. Im Schläfenlappen liegt auch der Hippocampus, eine Sehpferdchen-förmige Struktur, die hauptsächlich für die Gedächtnisbildung zuständig ist. Bei einem Hirntumor im Schläfenlappen (temporaler Hirntumor) können unter anderem Hör- und/oder Sprachstörungen auftreten. Ist der Hippocampus mitbetroffen, sind oft Gedächtnisstörungen die Folge.
• Hinterhauptlappen (Lobus occipitalis): Hinten befindet sich der Hinterkopf- oder Okzipitallappen. Im Hinterhauptslappen liegt die Sehregion. Area 17 bildet die Endigungsstätte aller Sehbahnen, die Sehrinde. Schädigungen im Bereich des Hinterhauptslappens (zum Beispiel durch einen okzipitalen Hirntumor) können zu einer Rindenblindheit führen.
• Insellappen: Seitlich, aber völlig nach innen gefaltet und damit nicht von der Oberfläche her sichtbar, findet man außerdem den Insellappen. Insellappen: viele verschiedene Funktionen, z.B.

Funktionelle Zuordnung: Der menschliche Cortex cerebri ist besonders hoch entwickelt und für die Funktionen verantwortlich, die den Menschen zu dem machen, was er ist. Einigen Arealen des Cortex lassen sich bestimmte Funktionen zuordnen. Primäre somatosensorische Felder nehmen die Sinnesinformation über Berührung, Vibration, Druck, Dehnung oder Schmerz auf, verarbeiten sie und leiten sie an „höhere“ Rindenfelder weiter, wo dann zum Beispiel aus der Berührung eines Gegenstandes eine Vorstellung über dessen Form entsteht. Analoges gilt für das Hören: Aus der Wahrnehmung von unterschiedlichen Frequenzen in der primären Hörrinde kann die Wahrnehmung einer Melodie in „höheren“ Rindenfeldern entstehen. Wie die sensorischen Zentren für Sinneseindrücke zuständig sind, gibt es für die Steuerung von Bewegungen die motorischen Zentren. Dort lassen sich bestimmten Körperteilen, sogar einzelnen Muskelgruppen und Bewegungen, Areale zuordnen - etwa der rechten Hand ein Bereich im linken Frontallappen.

Homunculus: Der sogenannte 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. Auffällig: Im Verhältnis zu ihrer tatsächlichen Größe nehmen die Nervenzellen der Hände, des Kopfes und des Schlundes sehr große Areale ein.

Das Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn liegt zwischen Großhirn und Hirnstamm. Es umfasst wichtige Strukturen wie den Thalamus, den Hypothalamus, den Epithalamus und das limbische System.

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• Thalamus: Der Thalamus dient als Schaltzentrale, durch die nahezu alle dem Cortex zufließenden Informationen laufen. Er wird auch als "Tor zum Bewusstsein" bezeichnet. 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.
• Epithalamus: Der auf dem Thalamus sitzende Epithalamus beherbergt die Zirbeldrüse (Epiphyse).
• Hypothalamus: Der Hypothalamus liegt unterhalb des Thalamus und ist mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) verbunden. 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.
• Hypophyse: Die für die hormonale Steuerung mitverantwortliche Hypophyse unterteilt sich in Hinterlappen (Neurohypophyse) und Vorderlappen (Adenohypophyse). Die aus Drüsenzellen aufgebaute Adenohypophyse zählt jedoch nicht zum Gehirn.
• Limbisches System: Es umfasst Hirnstrukturen, die für die Kontrolle von Emotionen verantwortlich ist. Darüber hinaus übernimmt das limbische System wichtige Funktionen beim Lernen und steht in Kontakt zum Hypothalamus. Es ummantelt den Balken, der die beiden Hemisphären verbindet. Durch die enge Beziehung zwischen dem Riechhirn und den übrigen Strukturen des limbischen Systems sind Gerüche, Erinnerungen und Emotionen oft miteinander verknüpft. In der Hirnrinde gibt es auch ein Areal in der Nähe der Ohren, das unsere Emotionen und unser Triebverhalten steuert, das sogenannte Limbische System. Allerdings arbeitet es mit vielen anderen Hirnarealen zusammen. Störungen dieses Systems führen zu Störungen von emotionalen Verhaltensweisen. Bei einigen Krankheiten, wie Epilepsie, Depression, Schizophrenie und Alzheimer gehört das Limbische System zu einem der ersten Areale, das von den Krankheiten befallen wird.

Mittelhirn, Hinterhirn und Nachhirn: Der Hirnstamm

Das Mittelhirn, die Brücke (Pons) des Hinterhirns und das Nachhirn bilden den Hirnstamm (Truncus cerebri). Alle drei Teile des Hirnstamms sind mit dem Kleinhirn (Cerebellum) verbunden, das dem Hirnstamm aufliegt. Der Hirnstamm (Truncus cerebri) 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.

Das Kleinhirn (Cerebellum)

Das Kleinhirn setzt sich aus dem Wurm (Vermis cerebelli) und ebenfalls zwei Hemisphären (Hemispheria cerebelli) zusammen. Das Kleinhirn (Cerebellum) wiegt mit circa 130 bis 140 Gramm zehnmal weniger als das Großhirn. Das Kleinhirn 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.

Übergang zum Rückenmark

Mit dem Nachhirn geht der Hirnstamm schließlich in das Rückenmark über, wobei sich die graue und weiße Substanz umlagern.

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 sogenannten Gliazellen umhüllt. Gliazellen machen etwa 50 Prozent der gesamten Hirnmasse aus. Die meisten Hirntumoren entstehen aus diesen Gliazellen (sog. Gliome, z. B. 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.

Schutz des Gehirns

Das Gehirn 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.

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Schädel und Hirnhäute: Das Gehirn wird von den Schädelknochen und innerhalb des Schädels von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben.

• harte Hirnhaut (Dura mater)
• Spinngewebshaut (Arachnoidea): Hier verlaufen zahlreiche Blutgefäße.
• weiche Hirnhaut (Pia mater)

Liquor: In dieser festen Hülle schwimmt es gewissermaßen im Hirnwasser, dem Liquor. Liquor ist die Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt. Welche Funktionen hat Liquor? Auch das Rückenmark ist von Liquor umgeben. Die Ventrikel stehen mit den äußeren Liquorräumen in Verbindung.

Blut-Hirn-Schranke: 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.

Hirnnerven

Dem Hirnstamm entspringen zwölf paarige Hirnnerven (I-XII). Sie haben motorische (Bewegung), sensible oder sensorische (Empfindungen) sowie vegetative (lebenswichtige Vorgänge) 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): Versorgt viele Organe im Körper

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 sogenannte 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.

Klinische Bedeutung

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.Bei Schädigungen im Bereich des Marklagers kann es also neben dem Ausfall verschiedener Faserbahnen, die die einzelnen Rindengebiete mit Informationen versorgen und von diesen Informationen erhalten, zur Zerstörung von Stammganglien kommen. Manche große Tumoren können zu einer Schwellung des umgebenden Gewebes führen (perifokales Ödem). So kann beispielsweise ein großer Tumor im Großhirn ein Ödem im Marklager verursachen, das - obwohl der Tumor dieses nicht direkt schädigt - einen gewissen Druck auf die sich darin befindlichen Nervenzellkerngruppen ausübt.

Die Plastizität des Gehirns

Die Plastizität des Gehirns ist eine faszinierende Eigenschaft, die es dem Gehirn ermöglicht, sich an neue Herausforderungen, Veränderungen und Erfahrungen anzupassen. Das Gehirn kann durch die Bildung neuer Verbindungen zwischen Neuronen und die Modifikation bestehender Verbindungen seine Funktionen verändern und verbessern. Dieser Prozess der Anpassungsfähigkeit findet während der gesamten Lebensspanne statt und wird durch Faktoren wie Lernen, Erfahrung, körperliche Aktivität und Umgebung beeinflusst.

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