Das Gehirn, das wichtigste Organ des Zentralnervensystems, ist eine komplexe Kontrollinstanz, die aus über zehn Milliarden Nervenzellen besteht, von denen jede mit bis zu 10.000 anderen Nervenzellen verbunden ist. Es steuert alle unsere bewussten und unbewussten Aktivitäten und kann als "Sitz der Persönlichkeit" mit all ihren Gefühlen, Gedanken und Fähigkeiten betrachtet werden.
Struktur des Gehirns
Die Struktur des Gehirns ähnelt einer Walnuss und hat eine puddingartige Konsistenz. Bei Neugeborenen wiegt es etwa 330 Gramm, bei Erwachsenen durchschnittlich 1,3 Kilogramm, wobei das Großhirn den größten Teil einnimmt. Es gibt keinen Zusammenhang zwischen der Größe des Gehirns und der Intelligenz. Das Gehirn ist von drei schützenden Häuten umgeben: der harten Hirnhaut (Dura mater encephali), der Spinnwebhaut (Arachnoidea mater encephali) und der inneren Hirnhaut (Pia mater encephali). Entzündungen dieser Häute können Meningitis verursachen.
Die verschiedenen Regionen des Gehirns übernehmen spezifische Funktionen. Zu den Hauptregionen gehören:
- Kleinhirn (Cerebellum): Steuert primär Bewegungsabläufe.
- Hirnstamm (Truncus cerebri): Verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und kontrolliert lebenswichtige Funktionen.
- Großhirn (Cerebrum): Verantwortlich für Denken und Wahrnehmung.
- Großhirnrinde (Cortex cerebri): Die äußere Nervenzellschicht des Gehirns.
- Zwischenhirn: Enthält Thalamus und Hypothalamus.
- Thalamus: Zuständig für sensorisches Empfinden.
- Hypothalamus: Steuert das autonome Nervensystem und den Energie-, Wärme- und Wasserhaushalt.
Hirnhäute
Die harte Hirnhaut, die Innenseite des Schädels auskleidet, besteht aus widerstandsfähigem kollagenem Bindegewebe. Zwischen dieser Haut und dem Schädeldach befinden sich die Hirnhautschlagadern. Die Spinnwebhaut umgibt die Hirnhemisphären locker und lässt Raum für das Hirnwasser, das als Schutzpolster und Druckverteiler dient. Die feine innere Hirnhaut passt sich eng der Oberflächenstruktur des Gehirns an und versorgt das zentrale Nervensystem über Blutgefäße.
Zwischenhirn und Hypothalamus
Das Zwischenhirn liegt zwischen dem Klein- und dem Großhirn und beinhaltet den Hypothalamus. Der Hypothalamus steuert das autonome Nervensystem und ist unter anderem für den Energie-, Wärme- und Wasserhaushalt des Körpers zuständig. Zum Zwischenhirn gehören auch der Thalamus (sensorisches Empfinden), der Epithalamus (olfaktorisches Empfinden) und der Subthalamus (Motorik). Unter dem Thalamus, der für den Informationsaustausch zwischen Gehirn und Rückenmark zuständig ist, liegt der Hypothalamus. Dieser enthält spezialisierte Nervenzellen, die mit Gehirn, Hirnanhangdrüse und autonomen Nervensystem verbunden sind und über das endokrine System den Sauerstoffwechsel und unbewusste Körpervorgänge steuern.
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Großhirn und seine Hemisphären
Das Großhirn ist für Denken und Wahrnehmung zuständig und wird als Ursprung von Intelligenz und Urteilsvermögen des Menschen betrachtet. Eine Längsfurche teilt es in zwei Hemisphären, die unterschiedliche Funktionen gleichzeitig wahrnehmen können. Im Zentrum der Hemisphären befinden sich die Basalganglien, die unwillkürliche Bewegungsmuster der Skelettmuskulatur steuern. Die Gehirnhälften unterscheiden sich in ihrer Wahrnehmung und Verarbeitung von Eindrücken: Die linke Hälfte scheint für Abstraktion, Logik und Analyse zuständig zu sein, während die rechte Hälfte eher emotionales, intuitives Denken und Fühlen in größeren Zusammenhängen beherrscht.
Kleinhirn und seine Funktion
Das Kleinhirn, das etwa ein Achtel der Größe des Großhirns einnimmt, leitet in erster Linie unsere Bewegungsabläufe. Es kontrolliert ständig die Körperbewegungen und sendet Impulse aus, die zu Muskelkontraktionen führen. Diese unbewussten Vorgänge sind Voraussetzung für Körpergleichgewicht und Motorik. Alle Informationen, die unsere Sinnesorgane weiterleiten, gelangen ebenfalls zum Kleinhirn.
Hirnstamm und seine Rolle
Der Hirnstamm verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark. Hier laufen alle Informationen zusammen und überkreuzen sich im unteren Teil, wodurch die rechte Körperhälfte von der linken Gehirnhälfte gesteuert wird und umgekehrt. Der Hirnstamm ist für die allgemeinen Lebensfunktionen zuständig und kontrolliert Herzfrequenz, Blutdruck und Atmung. Auch das Wach-Schlafzentrum befindet sich hier.
Großhirnrinde und ihre Lappen
Die Großhirnrinde, eine graue Substanz, bildet die äußere Nervenzellschicht des Gehirns. Durch Furchen und Krümmungen ist ihre Oberfläche stark vergrößert. Sie wird in vier Lappen unterteilt:
- Schläfenlappen (Lobus temporalis): Zuständig für Geruch, Gehör und Sprache.
- Scheitellappen (Lobus parietalis): Zuständig für Tastsinn und Geschmack.
- Hinterhauptslappen (Lobus occipitalis): Zuständig für das Sehen.
- Stirnlappen (Lobus frontalis): Vermuteter Sitz des Bewusstseins, zuständig für Bewegung, Sprache und Denkvorgänge.
Rückenmark als Informationsübermittler
Das Rückenmark, ein etwa vierzig Zentimeter langer, röhrenförmiger Strang, ist für die Signalübermittlung im zentralen Nervensystem verantwortlich. Es besteht aus Nervenzellen, die einen Gewebestrang bilden, der sich von der Unterseite des Gehirns über den Wirbelkanal bis in den Bereich des zweiten oder dritten Lendenwirbels erstreckt. Im Mark verlaufen sensorische und motorische Nervenzellen vom Gehirn zum peripheren System und umgekehrt. Das Rückenmark fungiert als Leitung, in der die Nervenzellen entsprechend ihren Aufgaben geschaltet und weitergeleitet werden.
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Epithalamus und die Zirbeldrüse
Der Epithalamus, insbesondere die Zirbeldrüse, beeinflusst über das Hormon Melatonin den Schlaf-Wach-Rhythmus. Melatonin dockt an Rezeptoren des Nucleus suprachiasmaticus im Hypothalamus an, der als innere Uhr des Menschen fungiert, und fördert den Schlaf. Die Zirbeldrüse produziert Melatonin nur bei Dunkelheit und wirkt somit als Zeitgeber im Körper. Sie beeinflusst auch die Keimdrüsen, indem sie die Ausschüttung von gonadotropen Hormonen verhindert.
Die Rolle von Melatonin im Schlaf-Wach-Rhythmus
Melatonin, ein Hormon, das in der Zirbeldrüse produziert wird, spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Schlafes. Es wird hauptsächlich nachts produziert und in den Blutkreislauf abgegeben, wobei Tageslicht die Produktion hemmt. Hohe Melatoninkonzentrationen machen schläfrig und unaufmerksam. Verschiebungen im Melatoninrhythmus können zu Schlafstörungen führen, wie sie beispielsweise bei Jetlag oder Schichtarbeit auftreten.
Schlafregulation durch zirkadiane Rhythmik und Schlafhomöostase
Die Schlaf-Wach-Regulation wird hauptsächlich durch die zirkadiane Rhythmik und die Schlafhomöostase gesteuert. Die zirkadiane Rhythmik, gesteuert durch den Nucleus suprachiasmaticus (SCN) im Hypothalamus, reguliert den Schlafzeitpunkt. Die Schlafhomöostase verfolgt das Schlafbedürfnis des Körpers und reguliert die Schlafintensität. Licht, verarbeitet von spezialisierten Zellen in der Netzhaut, beeinflusst den Schlaf-Wach-Zyklus.
Schlafphasen und ihre Bedeutung
Es gibt zwei grundlegende Arten von Schlaf: REM-Schlaf (Rapid Eye Movement) und Nicht-REM-Schlaf (mit drei Stadien). Jede Art ist mit spezifischen Gehirnwellen und neuronaler Aktivität verbunden. Nicht-REM-Schlaf umfasst den Übergang vom Wachsein zum Schlafen (Stadium 1), leichten Schlaf (Stadium 2) und Tiefschlaf (Stadium 3). Der REM-Schlaf ist durch schnelle Augenbewegungen, eine der Wachheit ähnliche Gehirnwellenaktivität und Träume gekennzeichnet.
Schlafstörungen und ihre Diagnose
Schlafstörungen können durch eine Polysomnographie diagnostiziert werden, bei der die Atmung, der Sauerstoffgehalt, die Augen- und Gliedmaßenbewegungen, die Herzfrequenz und die Gehirnwellen während des Schlafs aufgezeichnet werden.
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Limbisches System und seine Verbindung zum Schlaf
Das limbische System, ein entwicklungsgeschichtlich alter Bereich des Gehirns, der sich zwischen dem Neocortex und dem Hirnstamm befindet, ist das Zentrum aller Emotionen und hat Einfluss auf das Sexualverhalten, vegetative Funktionen des Organismus und auf das Gedächtnis und die Merkfähigkeit. Es reguliert das Affekt- und Triebverhalten gegenüber der Umwelt, koordiniert sensorische Informationen und steuert überlebenswichtige vegetative Funktionen wie Atmung, Schlaf-Wach-Rhythmus sowie Motivation.