Das Gehirn: Aufbau und Funktion – Eine Einführung für die Grundschule

Das Gehirn ist die Steuerzentrale unseres Körpers. Es ist für unsere Gedanken, Gefühle, Sprache und Bewegungen zuständig. Es steuert auch lebenswichtige Prozesse wie die Atmung und den Kreislauf. Aber wie ist dieses Wunderwerk aufgebaut und wie funktioniert es? Dieser Artikel gibt einen Einblick in den Aufbau und die Funktionsweise des Gehirns, speziell für Kinder in der Grundschule.

Was ist das Gehirn?

Das Gehirn, auch Cerebrum oder Encephalon genannt, übernimmt lebenswichtige Aufgaben. Es ist mit unserem gesamten Körper über hin- und wegführende Nervenbahnen verbunden. Die Länge aller Nervenbahnen unseres Gehirns zusammen beträgt ungefähr 5,8 Millionen Kilometer. Das Gehirn befindet sich bei uns Menschen im Kopf, gut geschützt durch die knöcherne Schädeldecke. Im Bereich des Hinterkopfs geht das Gehirn in das Rückenmark über.

Schutz des Gehirns

Das Nervengewebe des Gehirns ist von drei verschiedenen Hirnhäuten (Meningen) geschützt, bevor es vom Schädel umgeben wird. Sie setzen sich außerhalb unseres Gehirns in den Rückenmarkshäuten fort. Zusätzlich wird es von drei Hirnhäuten geschützt. In den Zwischenräumen der Hirnhäute befindet sich eine Flüssigkeit, die man Liquor nennt. Der Liquor bildet sozusagen einen Stoßdämpfer.

Die Bestandteile des Gehirns

Genau wie das Rückenmark, besteht das Gehirn aus zwei verschiedenen Gewebeanteilen: der grauen und der weißen Substanz. Die 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 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.

Das Gehirn lässt sich in verschiedene Bereiche unterteilen, die unterschiedliche Aufgaben haben:

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• Großhirn: Das Großhirn ist das größte Gehirnareal. Es ist für Denken, Fühlen, Sprechen und Handeln zuständig. Um seine Oberfläche noch weiter zu vergrößern, ist es stark gefaltet. Es bildet viele Gehirnwindungen (Gyri), die durch Gräben (Sulci) voneinander getrennt sind. Die Großhirnrinde bildet die Oberfläche des Großhirns. Darauf befinden sich 52 Rindenfelder, die nach verschiedenen Funktionen eingeteilt werden. Das sind Hirnareale mit verschiedenen Aufgaben, in denen die Nervenbahnen enden oder entspringen. Im Großhirn spielen sich vor allem die Gedanken und Gefühle ab. Es ist in zwei Hälften geteilt, die rechte und die linke Hemisphäre (= Halbkugel). Die meisten sensiblen und motorischen Gehirnbahnen kreuzen die andere Seite.
• Zwischenhirn: Das Zwischenhirn liegt zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn. Den Thalamus kannst du dir als „Tor zum Bewusstsein“ vorstellen. Seine Funktion ist die Sammlung fast aller Sinneswahrnehmungen und die Weiterleitung an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns. Der Hypothalamus kontrolliert den Hormonhaushalt. Damit stellt er sozusagen die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen, wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist verbunden mit der Hypophyse. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn. Im Zwischenhirn werden alle eingehenden Signale aus dem Körper an die entsprechende Gehirnregion weitergeleitet.
• Kleinhirn: Das Kleinhirn liegt unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Genau wie das Großhirn, lässt sich auch das Kleinhirn in zwei Hemisphären einteilen. Zwischen den beiden Hälften liegt der Kleinhirnwurm. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich. Das Kleinhirn ist für die Planung und Abstimmung der Bewegungen zuständig.
• Hirnstamm: Der Hirnstamm bildet den untersten Teil des Gehirns und verbindet es mit dem Rückenmark. Der Hirnstamm ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften. Der Hirnstamm ist das Steuerzentrum der lebenserhaltenden Funktionen, wie zum Beispiel Herzschlag und Atmung. Ohne ihn könnten wir überhaupt nicht leben.
• Rückenmark: Das Rückenmark stellt sozusagen die Verlängerung des Gehirns dar. Es ist gut durch die Wirbelsäule geschützt. Es besteht aus vielen Nervenbahnen. Diese verbinden fast alle Bereiche des Körpers mit dem Gehirn.

Wie funktioniert das Gehirn?

Das Gehirn übernimmt alle lebenswichtigen Funktionen unseres Körpers, wie die Atmung, den Kreislauf oder das Schlaf-Wach-Verhalten. Dazu nimmt das Gehirn alle Informationen von den Organen und aus der Umwelt auf, speichert und verarbeitet sie. Auch komplexe Funktionen wie Denken, Lernen, Emotionen oder Handlungsabläufe werden dort gesteuert. Das Gehirn ist also sehr komplex und übernimmt viele unterschiedliche Aufgaben. Daher gibt es viele verschiedene Gehirnregionen mit speziellen Aufgaben, die zusammenarbeiten müssen.

Die Nervenzellen im Gehirn kommunizieren miteinander über spezielle Verbindungsstellen, die Synapsen. Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Der Prozess heißt auch neuronale oder synaptische Plastizität. Das beantwortet zum Beispiel die Frage „Wie lernt das Gehirn?“. Denn Lernfähigkeit kommt dadurch zustande, dass durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden.

Das Gehirn ist sozusagen eine Schaltzentrale für sehr viele Abläufe in deinem Körper. Wenn zum Beispiel das Rückenmark durchtrennt ist, ist man querschnittsgelähmt. Man kann sich nicht mehr bewegen, weil das Gehirn keine Befehle mehr an den Körper schicken kann. Das ist vergleichbar mit einem Computerkabel: Wenn der Strom gekappt wird, geht der PC aus und du kannst keine Befehle mehr an ihn geben. Ist das Rückenmark weiter unten getrennt, dann können die Arme noch bewegt werden.

Entwicklung des Gehirns

Das Gehirn eines Embryos entwickelt sich etwa ab der vierten Schwangerschaftswoche. Dazu bilden sich aus dem vorderen Teil Neuralrohr drei bläschenförmige Erweiterungen aus. Bereits in dieser frühen Entwicklungsphase wird das Gehirn also in unterschiedliche Abschnitte eingeteilt. Aus den drei ersten Bläschen bilden sich das Vorder-, das Mittel- und das Rautenhirn. Im Laufe der Entwicklung gehen daraus dann weitere Hirnbläschen hervor, welche die restlichen Gehirnabschnitte bilden.

Bei einem Baby besteht zwischen den Schädelknochen eine breite Lücke, die sogenannten Fontanelle. Dort sind die Schädelknochen noch weich und verformbar. Das ist notwendig für die Geburt. Der Schädel verformt sich, wenn nicht genügend Platz ist.

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Energieversorgung des Gehirns

Da der Energieverbrauch des Gehirns so hoch und der Stoffwechsel dort so aktiv ist, benötigt es sehr viel Sauerstoff und Glucose (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. Seitlich am Hals entlang verläuft die innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der Halsschlagader (Arteria carotis communis) entspringt. Damit keine Schadstoffe aus dem Blut ins Gehirn gelangen, gibt es eine Schranke. Die sogenannte Blut-Hirn-Schranke stellt eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen dar.

Störungen und Erkrankungen des Gehirns

Das Gehirn kann aber auch durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Am besten können Schädigungen durch ein Gehirn-MRT festgestellt werden. Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) wird der Kopf sozusagen gescannt und ein Bild erstellt. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten.

Einige Beispiele für Erkrankungen des Gehirns sind:

• Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt. Eine Gefäßverkalkung im Gehirn nennt man Schlaganfall. Das Gehirn kann nicht mehr richtig versorgt werden - auch Mangeldurchblutung genannt - und es kann zu Ausfällen führen.
• Gehirntumor: 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.

Das Gehirn verändern

Nicht jedes Gehirn ist gleich. Vielmehr ist unser Gehirn stetigen Veränderungen unterworfen, beispielsweise durch die besondere Beanspruchung einzelner Bereiche oder durch Krankheiten. Im Gehirn von Musikern oder Sportlern sind unterschiedliche Regionen ausgeprägter als andere.

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