Das menschliche Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Organ, das die Grundlage für unsere Gedanken, Emotionen und Handlungen bildet. Ein wichtiger Aspekt seiner Funktionsweise ist die Anzahl und Art der darin enthaltenen Zellen. Dieser Artikel beleuchtet die aktuelle wissenschaftliche Erkenntnis über die Anzahl der Gehirnzellen, ihre Zusammensetzung und ihre Bedeutung für die Gehirnfunktion.
Einführung in die Gehirnzellen
Unser menschliches Gehirn besteht aus verschiedenen Gehirnzellen, wobei die Nervenzellen (Neuronen) die wichtigsten und häufigsten sind. Die Anzahl der Gehirnzellen im menschlichen Gehirn wird derzeit auf etwa 86 Milliarden geschätzt. Diese beeindruckende Anzahl von Nervenzellen bildet die Grundlage für die außergewöhnlichen Fähigkeiten des Gehirns, die selbst die leistungsstärksten Supercomputer noch nicht erreichen können.
Aufbau von Gehirnzellen
Gehirnzellen bestehen aus einem Zellkörper mit Nervenfortsätzen (Dendriten) und dem Achsenzylinder (Axon), an dessen Ende sich Endplatten befinden, an denen sich Synapsen bilden können, sobald eine andere Gehirnzelle berührt wird. Die Anzahl der Synapsen spielt eine wichtigere Rolle beim Informationsaustausch unter den Gehirnzellen als die Anzahl der Nervenzellen. Denn die Synapsen tragen Informationen auch in weit entfernte Körperbereiche.
Der Körper der Gehirnzelle ist etwa fünf bis 100 Mikrometer groß (1 Mikrometer sind circa 1/1000 Millimeter). Die Dendriten hingegen können sogar bis zu einem Meter lang werden. Eine Gehirnzelle kann bis zu 10000 Dendriten besitzen.
Die verschiedenen Zelltypen im Gehirn
In Säugetiergehirnen gibt es SEHR grob gesagt zwei Arten von Zellen. Einmal wären da die Nervenzellen oder Neurone. Das ist der Zelltyp, der meistens gemeint ist, wenn umgangssprachlich von Hirnzellen gesprochen wird. Diese Zellen leiten elektrische Signale weiter und kommunizieren miteinander an Stellen der elektrischen oder chemischen Signaltransduktion, die man Synapsen nennt. Aber es gibt im Hirn noch einen anderen Zelltyp: Die Gliazellen. Der Name Gliazelle kommt vom griechischen Wort für Kleber, und das hat einen guten Grund, denn diese Zellen halten buchstäblich unser Hirn beisammen.
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Gliazellen und ihre Funktionen
Gliazellen erfüllen eine Reihe wichtiger Funktionen im Gehirn. Die Astrozyten formen weitreichende strahlenartige Fortsätze, woher auch ihr Name stammt. Ihre Aufgabe ist es, die chemische Umgebung der Nervenzellen zu stabilisieren. So nehmen sie etwa überschüssige Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt auf und formen diese um, damit sie wiederverwendet werden können. Außerdem haben sie Stoffwechselfunktionen inne und versorgen die Nervenzellen mit wichtigen Nährstoffen. Zudem regulieren sie die Zellen des Endothels, welche die Integrität unserer Blut-Hirn-Schranke wahren und unser Hirn vor schädlichen Substanzen im Blutstrom schützen. Die Oligodendrozyten sind dafür zuständig, die Axone von Nervenzellen mit einer isolierenden Fettschicht aus Myelin zu umhüllen. Dies beschleunigt die Weiterleitung von elektrischen Signalen innerhalb der Zelle und ist somit essentiell für die Funktion unserer Hirne. Die Krankheitsbilder, die aus einer Beschädigung des Myelins resultieren, haben schwerwiegende Folgen für die Betroffenen, vor allem in Form von kognitiven und motorischen Einschränkungen. Die bekannteste demyelinisierende Erkrankung ist die Multiple Sklerose. In den Ventrikeln, also den mit Cerebro-Spinal-Flüssigkeit (CSF) gefüllten Hohlräumen im Inneren des Hirns, finden sich zudem die Ependymzellen, die den Fluss und die Produktion der CSF regulieren. Zuletzt gibt es noch die Microglia. Dieser Zelltyp ist, wie der Name schon sagt, der Kleinste unter den Gliazellen. Microglia sind ein essentieller Bestandteil des Immunsystems in unserem zentralen Nervensystems. Mircoglia sind Makrophagen, also Fresszellen, die Abfallprodukte entfernen und auf Hirnverletzungen stark reagieren.
Das Verhältnis von Neuronen und Gliazellen
Die derzeit genauesten Schätzungen, basierend auf den modernsten Methoden des Zellenzählens, sind, dass es etwa 67-86 Milliarden Neuronen und weniger als 85 Milliarden Gliazellen im gesamten menschlichen Gehirn gibt. Von den 85 Milliarden nicht-neuronalen Zellen, die gezählt wurden, gehören nämlich noch ungefähr 20-25 Milliarden zu den Blutgefäßen. Diese Zahlen variieren natürlich von Person zu Person, stellen also nur grobe Durchschnittswerte dar.
Die Kontroverse um die Anzahl der Gliazellen
Über viele Jahre hinweg ließ sich in den Lehrbüchern nachlesen, dass die Zahl der Gliazellen die der Neurone um ein Vielfaches übersteige. Bis hin zu zehnmal so viele Gliazellen soll es in unseren Köpfen geben. Also fast eine Billion Gliazellen. Mittlerweile wissen wir, dass dies nicht der Wahrheit entspricht. Doch der Mythos hielt sich lange, selbst in sonst sehr vertrauenswürdigen Quellen.
Der Ursprung des Mythos
Laut Bartheld und Co. stammt diese Fehldarstellung aus den späten 50er Jahren, als einige Gliazell-Forschende damit begannen, in ihren Publikationen darüber zu schreiben, dass es mehr Gliazellen als Nervenzellen gäbe. Zunächst begann dies mit vorsichtigen Formulierungen „perhaps“ oder „possibly“, doch innerhalb von wenigen Jahren wurden diese Formulierungen in neuen Publikationen zitiert, wobei die Autorinnen und Autoren immer unvorsichtiger wurden. Schon bald wurde die Behauptung, die ursprünglich nur eine ungetestete Hypothese war, als etablierter Fakt dargestellt. Der schwedische Neurowissenschaftler Holger Hyden schrieb die Behauptung schließlich zu Beginn der 60er Jahre in einem Lehrbuch nieder, von wo aus der Mythos sich wahrscheinlich verselbständigte.
Die Richtigstellung
Erst die Veröffentlichung von Studien, die eine neue Methode der Zellzählung namens isotopische Fraktionierung nutzten, brachte den Wandel. Bei dieser Methode werden Hirnproben entnommen und homogenisiert. Danach wird die dabei entstandene Flüssigkeit mit Antikörpern versetzt, welche es ermöglichen, die Zellkerne von Neuronen und Gliazellen separat zu analysieren. Die erste und einschlägigste dieser Studien kam von Frederico Azevedos et al. im Jahre 2009. Auch hier wurde die Zahl der Gliazellen als geringer als die der Neuronen geschätzt.
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Gehirnzellen können neu entstehen
Wenn Nervenzellen neu entstehen, dann wird dieser Prozess Neurogenese genannt. Lange Zeit ging die Wissenschaft davon aus, dass erwachsene Menschen keine neuen Nervenzellen mehr bilden können. Seit den 90er Jahren ist jedoch klar, auch wir Menschen können noch bis ins hohe Alter neue Gehirnzellen und neuronale Verbindungen bilden. Eine Grundvoraussetzung dafür ist, dass das Gehirn beschäftigt wird und die Gehirnaktivität gesteigert ist. Weiterhin sollte ausreichend körperliche Aktivität betrieben werden.
Gehirntraining unterstützt Neurogenese
Ein zielgerichtetes und wissenschaftliches Gehirntraining kann die Bildung neuer Gehirnzellen unterstützen. Dabei ist es wichtig, dass es abwechslungsreich, motivierend, umfassend, personalisiert und zukunftsorientiert konzipiert ist. Auf NeuroNation entwickeln wir unsere Übungen in enger Zusammenarbeit mit Neuropsychologen, die Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses und die Neurogenese im Fokus. Durch die Bildung neuer Gehirnzellen und eine erweiterte Arbeitsgedächtniskapazität verbessern Sie Fähigkeiten wie etwa:
- Die Konzentrationsfähigkeit und Aufmerksamkeit
- Das Lernen
- Das Zahlen- und Sprachverständnis
- Das Denkvermögen
- Die Merkfähigkeit
- Das logische Denken
Tun Sie Ihren Gehirnzellen etwas Gutes und bieten Sie Ihnen ein wissenschaftlich fundiertes Gehirntraining, damit Sie auch noch bis ins hohe Alter fit und selbständig bleiben.
Die Bedeutung der Gehirnstruktur und Funktion
Das Gehirn befindet sich im Schädel und besteht aus einer rechten und einer linken Hälfte. Die beiden Gehirnhälften sind über einen Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden. Das Corpus callosum dient dem Austausch von Informationen zwischen den beiden Gehirnhälften. Das Gehirn wird durch die Schädelknochen und durch die drei Schichten der Hirnhaut (Dura mater, Arachnoidea und Pia mater) geschützt. Die Dura mater ist die äußere Schicht, die eine barriereähnliche Funktion hat, um das Gehirn vor äußeren Verletzungen zu schützen.
Die Rolle der Hirnlappen
Das Großhirn (Cerebrum) wird auch als Telencephalon bezeichnet. Es nimmt rund 80 Prozent der gesamten Hirnmasse ein und bildet den vordersten Bereich des menschlichen Gehirns. Zum Großhirn gehört die Großhirnrinde, der sogenannte Kortex. Mit ihren Furchen und Windungen ähnelt die Großhirnrinde einer Walnuss. Der innere Teil des Großhirns, der vom Kortex umgeben ist, wird als weiße Substanz (Substantia alba) bezeichnet.
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Jede Gehirnhälfte des Großhirns ist in vier Bereiche eingeteilt:
- Frontallappen (Stirnlappen): Kontrolliert die Bewegungen und führt kognitive Prozesse aus.
- Parietallappen (Scheitellappen): Ein primär sensorisches Rindenfeld und ist für somatosensorische Funktionen zuständig.
- Temporallappen (Schläfenlappen): Hier befindet sich das Sprachzentrum, das für das Verständnis und die Verarbeitung von Sprache eine wichtige Rolle spielt. Der mittlere Teil des Temporallappens enthält den Hippocampus, der für das Gedächtnis von größter Bedeutung ist.
- Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): Der hinterste und auch kleinste der vier Hirnlappen.
Das Kleinhirn (auch Cerebellum genannt) befindet sich im unteren hinteren Bereich des Schädels. Trotz seiner im Vergleich zum Großhirn wesentlich geringeren Größe enthält das Kleinhirn die meisten Nervenzellen - rund 70 Milliarden. Die Hauptaufgabe des Kleinhirns besteht darin, Bewegungsabläufe zu steuern und zu koordinieren.
Das Zwischenhirn (Diencephalon) enthält den Thalamus, den Hypothalamus und die Zirbeldrüse. Es filtert eingehende Informationen, bevor es sie an das Großhirn weiterleitet.
Der Hirnstamm (Truncus cerebri) dient als Verbindung zwischen Rückenmark und Großhirn. Er ist für eine Vielzahl überlebenswichtiger Funktionen zuständig.
Synapsen und Neurotransmitter
Über die Synapsen tauschen die Gehirnzellen im Kopf untereinander Informationen aus. Als Synapsen werden die Kontaktstellen zwischen den Neuronen bezeichnet. Neurotransmitter (chemische Botenstoffe) übertragen die Informationen. Man geht von rund 100 Milliarden Synapsen im menschlichen Gehirn aus. Nicht nur die Neuronen sind an der Weitergabe von Informationen beteiligt: Auch die sie umgebenden Gliazellen spielen hierbei eine wichtige Rolle. Sie stellen Nährstoffe bereit und absorbieren verschüttete Neurotransmitter.
Lateralisation der Gehirnfunktion
Bei der Gehirnfunktion spielt die Lateralisation eine wichtige Rolle. Dies bedeutet, dass bestimmte Prozesse bevorzugt in einer der beiden Gehirnhälften des Organismus stattfinden. So ist beispielsweise die linke Gehirnhälfte bei der Sprachproduktion sowie beim Lösen mathematischer Aufgaben ausschlaggebend. Die rechte Gehirnhälfte hingegen dominiert bei der räumlichen Wahrnehmung und der Gesichtserkennung.
Erkrankungen des Gehirns
Das Gehirn ist aufgrund seiner Empfindlichkeit sehr anfällig für Erkrankungen. Der Schlaganfall ist die am häufigsten auftretende Erkrankung des Gehirns. Parkinson entsteht dadurch, dass bestimmte Hirnzellen im Organ absterben. Auch die Demenz, die eine Verminderung der kognitiven Leistungen zur Folge hat, entsteht durch Veränderungen im Gehirn. Gehirntumore können in jedem Alter auftreten.
Das Gedächtnis und die Speicherkapazität des Gehirns
Die synaptische Plastizität gilt als Grundlage von Gedächtnis und Lernen. Als synaptische Plastizität bezeichnet man die Fähigkeit, Signale zur Übertragung von Informationen zwischen zwei Nervenzellen variieren zu können. Im erwachsenen Gehirn werden fortlaufend neue Synapsen gebildet.
Man kann kaum abschätzen, wie viel Information das Gehirn speichern kann. Man kann allenfalls eine untere Grenze angeben, die sich vielleicht bei 1.000 Gigabyte bewegt. Aber auch diese Angabe ist im Grunde eine ziemlich willkürliche Schätzung. Das Problem ist, dass das Gehirn Information deutlich anders verarbeitet als ein Computer. Computer funktionieren streng digital und die Elementarbausteine arbeiten binär, d.h. nach dem Prinzip 0 oder 1: Strom fließt oder Strom fließt nicht. Beim Gehirn ist das viel komplizierter. Anders als bei Computerschaltkreisen gilt hier nicht das Prinzip: Strom fließt oder fließt nicht bzw. Nervenzelle feuert oder feuert nicht. Vielmehr ist hier die Aktivität abgestuft; die Nervenzellen können in verschiedenen Intensitäten feuern.