Das menschliche Gehirn, eine bemerkenswerte Struktur, die innerhalb des knöchernen Schädels liegt, ist das Kontrollzentrum des Körpers. Es steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung und Kreislauf und ermöglicht komplexe Prozesse wie Denken, Lernen und Emotionen. Dieses komplexe Organ mit seinen Milliarden von Nervenzellen, die über Nervenbahnen mit dem Körper verbunden sind, lässt sich in verschiedene Abschnitte unterteilen, die jeweils spezifische Aufgaben erfüllen.
Überblick über die Gehirnstruktur
Das Gehirn ähnelt in seiner Struktur einer Walnuss, weist zahlreiche Falten und Vertiefungen auf und ist von drei Hirnhäuten (Dura mater, Arachnoidea und Pia mater) umgeben, die es schützen. Das Nervengewebe selbst besteht aus zwei verschiedenen Anteilen:
- Graue Substanz: Sie enthält die Zellkörper der Nervenzellen und bildet beim Groß- und Kleinhirn die äußere Rinde.
- Weiße Substanz: Sie besteht aus den Nervenfasern (Axonen) der Nervenzellen und befindet sich im Inneren des Gehirns.
Das Gehirn lässt sich grob in fünf Hauptabschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Kleinhirn (Cerebellum)
- Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata)
Das Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und macht einen wesentlichen Teil des Gehirnvolumens aus. Seine Oberfläche ist stark gefaltet, wodurch zahlreiche Gehirnwindungen (Gyri) und Furchen (Sulci) entstehen. Diese Faltung dient dazu, die Oberfläche des Gehirns zu vergrößern und somit mehr Platz für Nervenzellen zu schaffen. Die äußere Schicht des Großhirns wird als Großhirnrinde bezeichnet.
Die Großhirnrinde ist der Sitz höherer kognitiver Funktionen wie Bewusstsein, Gedächtnis, Sprache und Denken. Hier kommen Sinneseindrücke an, werden verarbeitet und im Gedächtnis gespeichert. Die Großhirnrinde ist in verschiedene Rindenfelder unterteilt, die jeweils unterschiedliche Funktionen übernehmen. So ist beispielsweise die Motorik im Großhirn angesiedelt, wobei die rechte Gehirnhälfte die linke Körperhälfte steuert und umgekehrt. In der linken Gehirnhälfte, insbesondere im Schläfenbereich, sind vor allem Verstehen und Sprechen angesiedelt. Die rechte Hälfte hingegen beherbergt vor allem das Sehzentrum und den Orientierungssinn.
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Die beiden Gehirnhälften sind über den Balken (Corpus callosum), eine Art Brücke im Schädelinneren, miteinander verbunden. Dieser ermöglicht den Informationsaustausch zwischen den beiden Hemisphären.
Das Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn befindet sich zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn und besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus.
- Thalamus: Er fungiert als "Tor zum Bewusstsein", indem er fast alle Sinneswahrnehmungen sammelt und an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns weiterleitet.
- Hypothalamus: Er kontrolliert den Hormonhaushalt und stellt somit die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist mit der Hypophyse verbunden, einer Hormondrüse am Gehirn.
Das Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn liegt unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Es lässt sich ebenfalls in zwei Hemisphären einteilen, zwischen denen der Kleinhirnwurm (Vermis cerebelli) liegt. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich. Es speichert Bewegungsabläufe und koordiniert unsere Bewegungen.
Der Hirnstamm
Der Hirnstamm bildet den untersten Teil des Gehirns und ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Er besteht aus Mittelhirn, Brücke (Pons) und Nachhirn (Medulla oblongata). Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften. Der Hirnstamm ist für grundlegende Lebensfunktionen wie Herzfrequenz, Blutdruck und Atmung zuständig. Er steuert auch Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.
Weitere wichtige Strukturen und Systeme
Neben den Hauptabschnitten des Gehirns gibt es weitere wichtige Strukturen und Systeme, die für seine Funktion unerlässlich sind:
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- Limbisches System: Es reguliert das Affekt- und Triebverhalten und dessen Verknüpfungen mit vegetativen Organfunktionen. Zwei wichtige Teilbereiche sind die Amygdala (Mandelkern) und der Hippocampus. Die Amygdala spielt eine Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen, insbesondere Angst, während der Hippocampus für das Gedächtnis von Bedeutung ist, insbesondere als Schaltstelle zwischen Kurz- und Langzeitgedächtnis.
- Ventrikelsystem: Das Gehirn weist mehrere Hohlräume (Hirnkammern) auf, in denen der Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) zirkuliert. Der Liquor schützt das Gehirn und das Rückenmark vor Stößen und versorgt es mit Nährstoffen.
- Blut-Hirn-Schranke: Sie schirmt das empfindliche Gewebe im Gehirn gegen schädigende Substanzen im Blut ab.
Energieverbrauch und Blutversorgung
Das Gehirn hat einen enorm hohen Energieverbrauch. Obwohl es nur etwa 2 % des Körpergewichts ausmacht, beansprucht es fast ein Viertel des Gesamtenergiebedarfs des Körpers und etwa ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs. Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und die Arteria vertebralis. Diese Arterien bilden einen Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri), der die Basis des Zwischenhirns umfasst und sicherstellt, dass der Blutbedarf des Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr ausreichend gedeckt ist.
Entwicklung des Gehirns
Die Entwicklung des Gehirns beginnt bereits in der Embryonalphase, etwa ab der vierten Schwangerschaftswoche. Aus dem Neuralrohr bilden sich zunächst drei bläschenförmige Erweiterungen: das Vorderhirn, das Mittelhirn und das Rautenhirn. Im Laufe der Entwicklung entstehen daraus weitere Hirnbläschen, welche die restlichen Gehirnabschnitte bilden.
Funktionsweise des Gehirns
Das Gehirn funktioniert, indem es Informationen aus dem Körper und der Umwelt aufnimmt, speichert und verarbeitet. Diese Informationen gelangen in Form von Hormonen über das Blut oder als elektrische Impulse aus den Sinneszellen über Nervenbahnen 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 Gehirnzellen sind durch Synapsen miteinander verbunden. Diese Kontaktstellen spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der Nachrichten. Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden, ein Prozess, der als neuronale oder synaptische Plastizität bezeichnet wird. Diese Plastizität ist die Grundlage für Lernfähigkeit, da durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden.
Erkrankungen des Gehirns
Das Gehirn kann durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Einige Beispiele für Erkrankungen des Gehirns sind:
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- Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt.
- Hirntumor: 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.
- Epilepsie, Depression, Schizophrenie und Alzheimer: Bei einigen Krankheiten gehört das Limbische System zu einem der ersten Areale, das von den Krankheiten befallen wird.
Bildgebung des Gehirns
Verschiedene bildgebende Verfahren können verwendet werden, um das Gehirn zu untersuchen und Schädigungen oder Erkrankungen festzustellen. Eine gängige Methode ist die Magnetresonanztomographie (MRT), bei der der Kopf gescannt und ein detailliertes Bild des Gehirns erstellt wird.
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