Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, das aus Milliarden von Nervenzellen besteht und für die Steuerung nahezu aller Körperfunktionen verantwortlich ist. Es lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern: Großhirn, Zwischenhirn, Mittelhirn, Kleinhirn und Nachhirn. Der Hirnstamm, bestehend aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons), stellt eine wichtige Verbindung zwischen dem Großhirn und dem Rückenmark dar.
Das Gehirn: Eine Einführung
Das Gehirn (Encephalon) ist der Teil des zentralen Nervensystems, der innerhalb des knöchernen Schädels liegt und diesen ausfüllt. Es besteht aus unzähligen Nervenzellen, die über zuführende und wegführende Nervenbahnen mit dem Organismus verbunden sind und ihn steuern. Das Gehirnvolumen beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse, und sein Gewicht macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus. Ein Mensch hat ungefähr 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf 100 Billionen geschätzt.
Schutz und Versorgung des Gehirns
Die Nervenzellen im Gehirn sind eingebettet in ein stützendes Gewebe aus Gliazellen. Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater. Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und über die Arteria vertebralis. Durch weitere Arterien werden diese zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst. Dieser Gefäßring stellt sicher, dass der Blutbedarf des Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr immer ausreichend ist. Der Gefäßring und seine Äste liegen zwischen zwei Hirnhäuten im Subarachnoidalraum und sind dort von Liquor umgeben, der die dünnwandigen Gefäße schützt. Das empfindliche Gewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke gegen schädigende Substanzen im Blut abgeschirmt.
Energieverbrauch und Gehirnkapazität
Der Energieverbrauch im Gehirn ist enorm hoch. Fast ein Viertel des Gesamtenergiebedarfs des Körpers entfällt auf das Gehirn. Die Gehirnkapazität ist deutlich größer als die, die wir im Alltag tatsächlich nutzen.
Die Hauptakteure: Großhirn und Hirnstamm
Das Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Es verarbeitet und bewertet alle Reize, die unsere Sinnesorgane empfangen. Die beiden nahezu symmetrischen Großhirnhälften umschließen den Hirnstamm. In der Hirnrinde - dem äußeren Bereich des Großhirns - sind die Lern-, Sprech- und Denkfähigkeit sowie das Bewusstsein und das Gedächtnis verankert. Hier laufen die Informationen aus den Sinnesorganen zusammen, werden verarbeitet und schließlich im Gedächtnis gespeichert. Die Großhirnrinde empfängt über verschiedene Nervenfaserbahnen alle Sinnesreize aus dem Körper. Diese Reize werden als Informationen in den zuständigen Rindenregionen der Hirnlappen ausgewertet. Von dort werden Befehle über verschiedene Umschaltstellen in Zwischenhirn, Hirnstamm und Rückenmark zurück in die zuständige Körperumgebung gesandt, wo sie eine Antwort auf den Sinnesreiz auslösen.
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Der Hirnstamm
Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Er ist für die grundlegenden Lebensfunktionen zuständig. Er steuert die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung sowie Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.
Das Zwischenhirn (Diencephalon): Eine wichtige Schaltstelle
Das Zwischenhirn besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Es fungiert als Schaltstelle zwischen Großhirn, Kleinhirn und Hirnstamm.
Der Thalamus
Der Thalamus ist die Informationszentrale des Gehirns: Er leitet die Signale der Sinnesnerven an das Großhirn weiter und entscheidet, was ins Bewusstsein dringt. Damit prägt der Thalamus unseren Begriff von der Welt. Der Thalamus ist die Endigungsstätte der Bahnen für verschiedene Gefühlsempfindungen.
Der Hypothalamus
Über den Hypothalamus werden der Schlaf-Wach-Rhythmus, Hunger und Durst, das Schmerz- und Temperaturempfinden und der Sexualtrieb gesteuert. Der Hypothalamus bildet die unterste Etage des Zwischenhirns. Aus ihm stülpt sich ein Teil der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) heraus. Der Hypothalamus beeinflusst verschiedene Organe, indem er bestimmte Hormone produziert, die wiederum die Bildung und Ausschüttung anderer Hormone in der Hypophyse regulieren.
Die Hypophyse
Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) ist das funktionelle "Ausführungsorgan" des Hypothalamus. Sie ist mit dem Hypothalamus über einen Stiel verbunden.
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Regelkreis von Hypothalamus, Hypophyse und Hormondrüsen
Das Zusammenwirken von Hypothalamus, Hypophyse und den Hormondrüsen des Körpers unterliegt einem Regelkreis, also einem Steuerungssystem mit Gegenkoppelung. Aus diesem Grund wird vor und während der Behandlung sowie im Rahmen der Nachsorge regelmäßig anhand von Hormonuntersuchungen überprüft, ob dieser Regelkreis noch intakt ist.
Die Funktion des Tegmentums im Hirnstamm
Das Tegmentum, eine zentrale Struktur im Hirnstamm, übernimmt entscheidende Aufgaben für die Steuerung lebenswichtiger Funktionen und die Verbindung verschiedener Bereiche des Nervensystems. Als Schaltzentrale zwischen Gehirn, Hirnstamm und Rückenmark ist es sowohl für motorische als auch sensorische Prozesse unverzichtbar.
Aufbau und Lage des Tegmentums
Das Tegmentum, abgeleitet vom lateinischen Wort „Haube“, bezeichnet eine bedeutende Schicht im Bereich des Hirnstamms. Es liegt unmittelbar ventral des inneren Liquorraums. Entwicklungsgeschichtlich zählt das Tegmentum zu den ältesten Strukturen des Hirnstamms. Es spielt eine wichtige Rolle für zahlreiche lebenswichtige Funktionen, da es sowohl Hirnnervenkerne als auch die Formatio reticularis enthält. Der Hirnstamm ist dreischichtig aufgebaut, wobei diese Struktur eigentlich nur im Mittelhirn voll ausgeprägt ist. Das Tegmentum bildet den mittleren Anteil des Hirnstamms und liegt wie eine Haube auf dem Mittelhirn, der Pons und der Medulla oblongata. Es grenzt sich dorsal durch den Aquaeductus mesencephali vom Tectum mesencephali ab.
Funktionen des Tegmentums
Das Tegmentum projiziert in zahlreiche andere Regionen des ZNS, wodurch es an vielfältigen Funktionen beteiligt ist. Es spielt eine wesentliche Rolle bei der Steuerung von Aufmerksamkeit, der Reproduktion und der Schmerzwahrnehmung sowie bei der Regulation von Verhalten und extraokulären Bewegungen. Ein wichtiger Schwerpunkt liegt auf seiner Funktion im motorischen System. Der Nucleus ruber und die Substantia nigra, zwei zentrale Strukturen des Tegmentums, bilden einen komplexen Funktionsverbund, der entscheidend zur Feinabstimmung und Steuerung motorischer Prozesse beiträgt. Das Tegmentum vernetzt außerdem höhere Gehirnzentren mit dem Mittelhirn, Hirnstamm und Rückenmark. Diese Verbindungen ermöglichen eine präzise Steuerung der Stütz- und Haltemotorik sowie der Willkürbewegungen. Das Tegmentum ist schließlich auch integraler Bestandteil des Belohnungssystems und beeinflusst emotionale Prozesse sowie motivationale Mechanismen.
Das ventrale tegmentale Areal (VTA)
Das VTA ist ein Teil des Tegmentums im Mittelhirn und spielt eine Schlüsselrolle im Belohnungssystem des Gehirns. Es ist bekannt für seine Rolle im Belohnungssystem und bei der Dopaminfreisetzung, was es für Motivation, Lernen und Suchtverhalten entscheidend macht. Das VTA projiziert in Regionen wie das limbische System und den präfrontalen Kortex. Seine Funktion ist vor allem für die Steuerung von Verhalten und Emotionen von Bedeutung.
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Das limbische System: Emotionen und Gedächtnis
Rund um den oberen Hirnstamm entwickelte sich das limbische System ebenfalls schon früh in der Menschheitsgeschichte. Dieser Verbund aus mehreren Hirnbereichen spielt eine große Rolle für das Erinnerungsvermögen. Zentrale des limbischen Systems ist der Hippocampus. Dieser Archivar im Gehirn entscheidet, welche neuen Informationen im Gedächtnis gespeichert werden. Ohne ihn fiele uns das Lernen und Merken äußerst schwer, er überspielt Erlebnisse und Informationen aus dem Kurzzeitgedächtnis ins Langzeitgedächtnis. So generiert der Hippocampus alle wichtigen Erinnerungen in unserem Leben. Wir brauchen ihn außerdem, um das Erinnerte abzurufen. Ein weiterer wichtiger Teil des limbischen Systems ist die Amygdala. Aufgrund ihrer charakteristischen Form heißt sie auch Mandelkern. Die Amygdala verknüpft Ereignisse mit Emotionen. Damit spielt sie oft eine entscheidende Rolle bei der Gedächtnisbildung: Mit starken Gefühlen verbundene Erlebnisse vergessen wir nicht so bald.
Klinische Bedeutung: Tumoren und Einklemmungssyndrome
Insbesondere bei Patienten mit ZNS-Tumoren im Zwischenhirnbereich (zum Beispiel Gliome im Bereich der Sehbahn) und Hirntumorpatienten, die eine Strahlentherapie im Bereich des Kleinhirns oder des Rückenmarks im Halswirbelsäulenbereich erhalten, kann die Hirnanhangsdrüse und auch die Schilddrüse Strahlung abbekommen und dadurch in ihren Funktionen beeinträchtigt werden.
Unter Einklemmungssyndromen versteht man Verschiebungen von Hirnanteilen, die (zum Beispiel infolge eines Tumors) durch aufgebrauchten Reserveraum und erhöhten Druck in der Schädelhöhle ausgelöst werden. Dabei geht es besonders um die Verschiebung von Großhirnanteilen in Richtung Zwischenhirn und Hirnstamm mit Druckschädigung dieser Strukturen (auch als diencephales Syndrom bezeichnet).
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