Das Gehirn - Steuert Körperfunktionen und verarbeitet Sinneseindrücke

Als Gehirn bezeichnet man einen Teil des zentralen Nervensystems. Es dient der Verarbeitung von Sinneseindrücken sowie der Koordination und Aufrechterhaltung der Körperfunktionen.

Die Aufteilung des Gehirns erfolgt in Kleinhirn, Großhirn, Hirnstamm (Stammhirn) und Zwischenhirn

Anatomie

Das Gehirn (Cerebrum) ist ein Teil des Zentralnervensystems (ZNS) und befindet sich geschützt in der Schädelhöhle. Es besteht vor allem aus Nervengewebe und wird von der Hirnhaut umhüllt.

Das durchschnittliche Gewicht eines menschlichen Gehirns liegt bei etwa 1.400 Gramm, was auch von Geschlecht und Körpergewicht abhängt. Das Gewicht hat jedoch keinen Einfluss auf die Intelligenz eines Menschen.

Entwicklung des Gehirns in der Kindheit
Entwicklung des Gehirns in der Kindheit

Das Gehirn ist die zentrale Steuereinheit des Körpers. Unterteilt wird das es in:

  1. das Großhirn (Telencephalon) mit der Hirnrinde (Kortex)
  2. das Kleinhirn (Cerebrellum bzw. Metencephalon)
  3. das Zwischenhirn (Diencephalon)
  4. den Hirnstamm (Truncus cerebri) mit dem Mittelhirn (Mesencephalon) und dem Nachhirn (Myelencephalon)

Rund 80 Prozent der Hirnmasse macht das Großhirn aus. Darüber hinaus wird das Gehirn in zwei Hemisphären aufgeteilt. Diese Hälften werden durch einen Balken, den Corpus callosum, miteinander verbunden.

Das Gehirn ist Teil des Zentralnervensystems, das sich aus dem Hirn und dem Rückenmark zusammensetzt. Umgeben wird das menschliche Gehirn von den Schädelknochen sowie drei Hirnhäuten, die als Meningen bezeichnet werden. Inmitten dieser Hülle schwimmt das Organ im Liquor, dem Hirnwasser, wodurch es vor Erschütterungen und Verletzungen gut geschützt wird.

Die Hirnmasse setzt sich zusammen aus:

Da die Masse zum Teil sehr gefaltet ist, wird ihre Oberfläche vielfach vergrößert. Im Inneren des Gehirns befinden sich zudem Hohlräume, die ebenfalls mit Hirnwasser gefüllt sind und als Hirnkammern oder Ventrikel bezeichnet werden.

Neuronen

Wichtigste Zellen des Gehirns sind die Nervenzellen (Neuronen). Miteinander verbunden werden die Nervenzellen durch Synapsen.

Über diese Synapsen erfolgt auch der Informationsaustausch der Zellen untereinander, mithilfe von Neurotransmittern (Chemische Botenstoffe). Umhüllt werden die Nervenzellen von Gilazellen, die ca. 50 Prozent des gesamten Hirnvolumens ausmachen.

Drei Hirnhäute

Neben dem Schädel wird das Gehirn von den drei Hirnhäuten umgeben, deren Zwischenräume mit Hirnwasser gefüllt sind. Dies sind:

  1. die harte Hirnhaut (Dura mater)
  2. die Spinngewebshaut (Arachnoidea), durch die zahlreiche Blutgefäße verlaufen
  3. die weiche Hirnhaut (Pia mater), die das Gehirn mit Nährstoffen aus dem Hirnwasser versorgt

Im Folgenden gehen wir näher auf die Anatomie der unterschiedlichen Hirnbereiche ein.

Anatomie des Großhirns

Das Großhirn befindet sich nach oben hin am Schädeldach und nach unten hin an der vorderen und mittleren Schädelgrube. Der Interhemisphärenspalt (Fissura longitudinalis cerebri) unterteilt es in zwei Hemisphären (Halbkugeln).

Die Hemisphären lassen sich ihrerseits in jeweils vier Lappen untergliedern. Dies sind

  • der Lobus frontalis (Frontallappen/Stirnlappen)
  • der Lobus parietalis (Parietallappen/Scheitellappen)
  • der Lobus temporalis (Temporallappen/Schläfenlappen) und
  • der Lobus occipitalis (Okzipitallappen/Hinterhautlappen).

Die Großhirnrinde (Cortex cerebri) wird aus den Zellkörpern von bis zu 19 Milliarden Nervenzellen (Neuronen) bei der Frau und 23 Milliarden Nervenzellen beim Mann zusammengesetzt. Diese Zellen bezeichnet man wegen ihrer grauen Farbe auch als graue Substanz (Substantia grisea).

Aus der Großhirnrinde ziehen die Nervenzellfortsätze weiter ins Innere des Großhirns. Umgeben werden sie von einer weiß erscheinenden Myelinscheide. Wegen dieser weißen Erscheinung bezeichnet man das Großhirninnere auch als Substantia alba (weiße Substanz).

Die beiden Hemisphären des Großhirns werden durch den Corpus callosum (Balken) und zahlreiche Nervenfasern miteinander verbunden. Während die meisten Funktionszentren symmetrisch in beiden Hemisphären vorhanden sind, kommen einige Zentren lediglich einmal vor.

Dazu gehört zum Beispiel das Sprachzentrum. Es ist jedoch individuell unterschiedlich, auf welcher Gehirnhälfte die Einzelzentren liegen.

Anatomie des Kleinhirns

Zu finden ist das Kleinhirn in der hinteren Schädelgrube. Durch das Tentorium cerebelli erfolgt die Trennung vom Großhirn.

Das Kleinhirn grenzt an den Pons und die Medulla oblongata. Außerdem wird von ihm das Dach des vierten Ventrikels gebildet. Über die drei Kleinhirnstiele besteht eine Verbindung zum Hirnstamm.

Die Kleinhirnrinde, die sich aus grauer Substanz zusammensetzt, wird in drei Schichten untergliedert. Dies sind

  • die Molekularschicht
  • die Purkinje-Zellschicht und
  • die Körnerschicht.

Das Kleinhirnmark setzt sich aus Nervenfasern wie

  • den Projektionsfasern
  • den Kommissurenfasern und
  • den Assoziationsfasern

sowie den Kleinhirnkernen wie

  • Nucleus fastigii
  • Nucleus globosus
  • Nucleus emboliformis und
  • Nucleus dentatus

zusammen.

Aufbau des Gehirns grafisch dargestellt
Aufbau des Gehirns grafisch dargestellt

Anatomie des Zwischenhirns

Das Zwischenhirn (Diencephalon) wird auch als Tor zum Bewusstsein bezeichnet und bildet einen Bestandteil des Stammhirns. Es ist zwischen dem Hirnstamm und dem Großhirn zu finden. Scheitelwärts schließt es sich an das Mittelhirn an und umfasst auf beiden Seiten den dritten Ventrikel.

Das Zwischenhirn wird in verschiedene Teilbereiche untergliedert. Dazu gehören

  • der Thalamus
  • der Hypothalamus
  • der Epithalamus
  • der Metathalamus und
  • der Subthalamus.

Anatomie des Hirnstamms

Der Hirnstamm (Truncus cerebri oder Truncus encephali) gilt stammesgeschichtlich als ältestes Gehirnteil. Mit Ausnahme des Kleinhirns werden sämtliche Gehirnabschnitte unterhalb des Zwischenhirns zum Hirnstamm gezählt. Dabei handelt es sich um das Mittelhirn (Mesencephalon) mit dem Mittelhirndach (Tectum), der Mittelhirnhaube (Tegmentum) und dem Großhirnschenkel (Crurae cerebri) sowie das Rautenhirn (Rombencephalon) mit der Brücke (Pons) und dem verlängerten Rückenmark (Medulla oblongata).

Hirnstamm und Stammhirn

Nicht selten werden die Bezeichnungen Hirnstamm und Stammhirn fälschlicherweise synonym gebraucht. Im Unterschied zum Hirnstamm gehören jedoch sämtliche Hirnabschnitte außer dem Großhirn und dem Kleinhirn zum Stammhirn. Die Bezeichnung "Stammhirn" kommt in erster Linie in der englischen Sprache zur Anwendung.

Aufgaben und Funktion

Die unterschiedlichen Leistungen des Gehirns finden in verschiedenen Hirnregionen statt, die für bestimmte Aufgaben verantwortlich sind. Zu seinen Aufgaben gehören

So werden vom Gehirn die unterschiedlichen Funktionen des Körpers koordiniert und aufrechterhalten. Außerdem verarbeitet es die verschiedenen Sinneseindrücke.

Zu diesem Zweck tauschen sich über elektrische Impulse Milliarden von Neuronen (Nervenzellen) miteinander aus, um Informationen zu vermitteln. Diese Impulse können mithilfe eines EEG (Elektroenzephalogramm) gemessen werden.

Funktionen des Großhirns

Aufgrund ihrer Funktionen kann die Großhirnrinde in unterschiedliche Rindenfelder eingeteilt werden. Dazu gehören

  • die Gedanken- und Antriebsfelder, die für Denk- und Erinnerungsprozesse zuständig sind,
  • die sensorischen Felder, die dem Gehirn zum Verarbeiten von Sinneseindrücken dienen, sowie
  • die motorischen Felder, mit denen das Gehirn Bewegungen koordiniert.

Funktionen des Kleinhirns

Obwohl das Kleinhirn etwa zehnmal weniger als das Großhirn wiegt, erfüllt es wichtige Funktionen. So ist es für die Koordination der Bewegungen und des Gleichgewichts sowie den Spracherwerb zuständig.

Vom Kleinhirn werden die Bewegungen des Körpers aufeinander abgestimmt. Außerdem kann es Abläufe speichern, damit bestimmte Bewegungen nach etwas Übung automatisch stattfinden.

Wegen dieser Funktionen zählt das Kleinhirn zum motorischen System. Ermöglicht werden die Kleinhirnfunktionen durch Verbindungen

  • zum Hirnstamm
  • zur Großhirnrinde
  • zum Gleichgewichtsorgan und
  • zum Rückenmark.

Da das Kleinhirn unbewusst arbeitet, kann es nicht willentlich beeinflusst werden.

Funktionen des Zwischenhirns

Das Zwischenhirn vermittelt sensible und motorische Signale vom Großhirn und zum Großhirn hin. Sämtliche Informationen der Sinnesorgane laufen im Zwischenhirn zusammen und werden, nachdem sie gefiltert wurden, von dort aus weiter vermittelt.

Gefühle wie z.B. Freude oder Trauer werden im Zwischenhirn verarbeitet. Die verschiedenen Teilbereiche des Zwischenhirns erfüllen unterschiedliche Funktionen.

Thalamus

Zum Beispiel leitet der Thalamus, in dem Informationen aus dem Körper eintreffen, die Signale weiter zum Großhirn. Vorher filtert er jedoch die Informationen aus, um eine Überlastung des Gehirns zu verhindern. Der Thalamus, der hauptsächlich aus grauer Substanz besteht, wird auch als Tor zur Großhirnrinde oder Tor zum Bewusstsein bezeichnet.

Hypothalamus

Der Hypothalamus fungiert als übergeordnetes Schaltzentrum. So steuert er unterschiedliche Abläufe wie

Genau wie das hormonelle System sorgt der Hypothalamus für die Balance der Körperfunktionen. Eine Beeinflussung des Hypothalamus kann sowohl durch Nervenbahnen als auch durch Hormone erfolgen. Gemeinsam mit der Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) stellt der Hypothalamus ein zentrales Bindglied zwischen dem Nervensystem und dem Hormonsystem dar.

Funktionen des Hirnstamms

Zu den Aufgaben des Hirnstamms gehört das Verschalten und Verarbeiten von ankommenden Sinneseindrücken sowie ausgehenden motorischen Informationen. Außerdem sorgt es für elementare und reflexartige Steuermechanismen.

Im Medulla oblongata, auch Nachhirn genannt, kommt es zur Kreuzung der Nervenbahnen beider Körperhälften. Des Weiteren steuert das Nachhirn lebenswichtige Funktionen wie

Auch Reflexe wie

werden von dort aus gelenkt. Am unteren Ende des Nachhirns besteht ein Anschluss zum Rückenmark.

Laut Forschern scheint es jedoch Unstimmigkeiten zu geben, was die These über den Empfang und die Weiterleitung von Informationen über unsere Nervenzellen betrifft...

Im menschlichen Gehirn herrscht das Chaos

Die bisherigen Theorien über die Funktionsweise unseres Nervensystems sind ins Wanken geraten. Bisher vermutete man, dass die Nervenzellen ihre Informationen über die so genannten Dendriten empfangen. Das sind kurz Fortsätze der Nervenzellen, die zum Zentrum der Zelle hinlaufen - dem Zellkörper. Von diesem sollen die Informationen zu einem langen Zellausläufer weitergeleitet werden, dem Axon.

Nur er - so dachte man - ist in der Lage, die Informationen von einer Zelle auf die andere zu übertragen. Die Weiterleitung geschieht dabei über die Synapsen, die den Kontakt zwischen zwei Nervenzellen herstellen.

Die Synapsen zweier Zellen liegen dabei nicht direkt an einander, weshalb die Informationsübertragung über chemische Botenstoffe erfolgen muss. Diese binden an Rezeptoren der Zielzelle, an der sie erneut in elektrische Impulse umgewandelt werden.

These: Axone setzen Glutamat auch außerhalb von Synapsen frei

Doch dies scheint ein Irrglaube zu sein. Der Bonner Privatdozent Dr. Dirk Dietrich: "Bisher nahm man an, dass nur an Synapsen Neurotransmitter ausgeschüttet werden. Das scheint nach unseren Erkenntnissen aber nicht zu stimmen."

Bei Forschungen an Ratten hat Dietrich zusammen mit seinen Kolleginnen Dr. Maria Kukley und Dr. Estibaliz Capetillo-Zarate die weiße Hirnsubstanz unter die Lupe genommen. Sie konnten beobachten, dass bei der Informationsweiterleitung an den Axonen kleine Bläschen mit Glutamat an der Oberfläche der Fortsätze entlang wandern.

Glutamat ist ein wichtiger Botenstoff im Gehirn, der von den Synapsen beim Eintreffen elektrischer Impulse freigesetzt werden kann. Dietrich zu den Ergebnissen: "Wir halten es für wahrscheinlich, dass die Axone auch außerhalb von Synapsen auf ihrem Weg durch die graue Substanz Glutamat freisetzen. Hier liegen Nervenzellen und Dendriten dicht an dicht. Das Axon könnte so also nicht nur den eigentlichen Empfänger, sondern auch noch zahlreiche weitere Nervenzellen erregen."

Fazit

Wenn diese These tatsächlich stimmen sollte, muss die Lehrmeinung, die seit über hundert Jahren gültig ist, revidiert und sämtliche Lehrbücher umgeschrieben werden.

Es ist übrigens möglich, die Zellen des Gehirns zu beeinflussen - zum Beispiel mit einer bestimmten Ernährungsweise...

Fettreiche Ernährung beeinträchtigt Gehirnzellen

Haben Sie sich je gefragt, warum es Menschen gibt, die sich fettreich ernähren und trotzdem dünn bleiben, wenn es doch so viele Personen gibt, die wegen einer solchen Ernährung quasi aus allen Nähten platzen? Eine neue Studie scheint auf dieses Rätsel eine Antwort gefunden zu haben. Die in Australien an der Monash-Universität durchgeführte Studie hat gezeigt, dass eine fettreiche Ernährung unser Gehirn so verändern kann, dass Sättigungsmechanismen nicht mehr richtig greifen können.

Isolierung von Gehirnzellen

Das Team um Professor Michael Cowley, ein führender Experte für Diabetes und Fettsucht, fanden heraus, dass der exzessive Konsum von Nahrungsfetten Zellen im Gehirn vom Rest des Körpers isoliert und sie damit unempfänglich für bestimmte Signale macht. Zu diesen Signalen gehören unter anderem auch jene, die uns den aktuellen Sättigungsgrad mitteilen. Zudem führt die Isolierung der Gehirnzellen auch dazu, dass Signale, die Energieverbrennung zu erhöhen (Beispielsweise beim Sport), ebenfalls nicht richtig aufgenommen werden können.

Helferzellen

Im Detail konnten die Wissenschaftler herausfinden, dass so genannte Helferzellen im Gehirn durch eine fettreiche Ernährung zum "Überwachstum" angeregt werden. Dadurch werden jedoch jene Zellen in ihrer Funktion beeinträchtigt, die für die Steuerung von Appetit und Energieverbrauch zuständig sind.

Die Studie wird für den Kampf gegen das Übergewicht als bedeutend eingestuft. Denn die neuralen Funktionen, die unser Essverhalten steuern, prägen sich schon in frühster Lebensphase aus und können abhängig von genetischen Faktoren die Entstehung von Übergewicht fördern oder verhindern. Je stärker die Helferzellen sich ausprägen, um so eher sind wir für einen Anstieg unseres Körperfettanteils prädestiniert.

Kein Sättigungsgefühl bei Fettsüchtigen

Es wäre also falsch zu behaupten, dass übergewichtige Menschen schlicht nicht willensstark für das Führen einer gesunden Ernährung sind. Es ist vielmehr möglich, dass ihr Gehirn nicht weiß, wie satt sie tatsächlich sind und wie viel Fett sie gespeichert haben.

Daher sendet das Gehirn auch keine Signale, die Nahrungszufuhr zu zügeln. In der Konsequenz wird das Abnehmen also unverhältnismäßig schwer. Die Ergebnisse der Studie haben in akademischen Kreisen weltweite Beachtung gefunden, da die australische Monash-Universität hierfür mit international renommierten Einrichtungen wie der Yale-Universität und weiteren führenden wissenschaftlichen Einrichtungen in Mexiko und Spanien zusammengearbeitet hat.

Erkrankungen und Verletzungen des Gehirns

Das Gehirn kann von einigen Erkrankungen in Mitleidenschaft gezogen werden.

Gehirnerschütterung

Eine häufiger auftretende Verletzung des Gehirns ist die Gehirnerschütterung. Gehirnerschütterungen werden zumeist durch Unfälle oder Stürze verursacht, bei denen der Kopf einen Schlag bekommt. Dabei können die Gehirnfunktionen kurzzeitig gestört werden; eine Schädigung der Gehirnstruktur tritt jedoch nicht ein.

Schwerwiegender als Gehirnerschütterungen sind

des Gehirns, die sogar lebensgefährliche Folgen haben können.

Neben diesen Verletzungen kann das Gehirn auch von schweren Krankheiten betroffen werden.

Richtige Lagerung bei einer Gehirnerschütterung
Richtige Lagerung bei einer Gehirnerschütterung

Hirnhautentzündung

Eine davon ist die Hirnhautentzündung (Meningitis), bei der es zu einer bakteriellen oder viralen Entzündung der Hirn- und Rückenmarkhäute kommt. Zu den Symptomen gehören:

Eine bakterielle Hirnhautentzündung ist lebensgefährlich und muss stets mit Antibiotika behandelt werden.

Gehirnentzündung

Eine weitere schwere Erkrankung des Gehirns ist die Gehirnentzündung (Enzephalitis). Dabei handelt es sich um eine Infektion, die durch Viren, Bakterien, Pilze oder Protozoen hervorgerufen wird.

Symptome sind:

Schlaganfall

Als Gehirnschlag oder Gehirninfarkt bezeichnet man den Schlaganfall. Dieser tritt als Folge einer plötzlichen Durchblutungsstörung im Gehirn auf.

Da die empfindlichen Nervenzellen des Gehirns dadurch zu wenig Nährstoffe und Sauerstoff erhalten, sterben sie ab. In den meisten Fällen wird ein Schlaganfall durch einen Gefäßverschluss, die Verschleppung von Blutgerinnseln in die Gehirngefäße oder durch Hirnblutungen verursacht.

Grafische Darstellung eines Schlaganfalls
Grafische Darstellung eines Schlaganfalls

Hirnblutung

Der Begriff "Hirnblutung" fasst folgende Blutungsarten zusammen:

  • die intrakranielle Blutung (Hirnblutung im Inneren des Hirnschädels)
  • die die intrazerebrale Blutung (Hirnblutung im Bereich des Gehirns) sowie
  • die extrazerebrale Blutung (Hirnblutung der Hirnhäute).

In der Regel ist damit jedoch die intrazerebrale Blutung gemeint, die auch als Epiduralblutung bezeichnet wird und bei der das Hirngewebe blutet. Sie entsteht als Folge eines Schädelhirntraumas (arterielles Epiduralhämatom), wenn die arteriellen Gefäße auf dem Inneren des Schädelknochens reißen, oder in Folge eines Schädelbruchs (venöses Frakturhämatom), wenn das Blut durch den Bruchspalt in den Epiduralraum gelangt und sich dort ansammelt.

Zu den typischen Symptomen zählen

Demenz

Die Demenz fasst mehrere Erkrankungen zusammen, welche das Gedächtnis und die Fähigkeit zu denken beeinflussen. Es kommt zu Störungen der geistigen Fähigkeiten; besonders der Orientierungssinn sowie das Kurzzeitgedächtnis sind betroffen. Des Weiteren kommt es zu motorischen Störungen sowie Sprachstörungen.

Die häufigste Form der Demenz stellt die Alzheimer-Erkrankung dar. Gefäßbedingt können ein Schlaganfall, eine Arterienverkalkung oder bestimmte Infektionen eine Demenz auslösen; ebenso ein Sauerstoffmangel des Gehirns gilt als mögliche Ursache.

Multiple Sklerose

Bei der Multiplen Sklerose, einer chronischen Erkrankung, sterben Nervenfasern im zentralen Nervensystem ab. Die Folge sind Bewegungsstörungen sowie motorische Probleme. Als mögliche Ursachen kommen Autoimmunerkrankungen, genetische Faktoren sowie verschiedene Infektionen in Frage.

Wachkoma (apallisches Syndrom)

Von einem Wachkoma ist die Rede, wenn der gesamte oder zumindest der größte Teil des Großhirns seine Funktionen einbüßt, während Zwischenhirn, Hirnstamm und Rückenmark weiterhin funktionieren. Es scheint, als wäre der Betroffene wach (die Augen sind meist geöffnet); er ist jedoch vermutlich nicht bei Bewusstsein und zudem nicht ansprechbar.

In den meisten Fällen ist ein Wachkoma die Folge einer sehr schweren Hirnschädigung, ausgelöst durch ein Schädelhirntrauma, einen Sauerstoffmangel bei Kreislaufstillstand, einen Schlaganfall oder auch neurodegenerative Krankheiten.

Gehirntumor

Die wohl gefährlichste Erkrankung des Gehirns ist ein Gehirntumor. Dieser kann sowohl gutartig als auch bösartig sein.

Da das Gehirn in einen knöchernen Schädel eingebettet ist und deshalb keine Ausweichmöglichkeiten hat, können jedoch auch gutartige Tumore das Gehirn stark in Mitleidenschaft ziehen und lebensbedrohlich werden. Als Therapie wird in der Regel eine Operation vorgenommen, die auch mit Bestrahlungen oder einer Chemotherapie kombiniert werden kann.

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Quellenangaben
  • menschliches gehirn © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de
  • Erste Hilfe bei Gehirnerschütterung © Henrie - www.fotolia.de
  • Schlaganfall. Blutgerinnsel. Hirnschlag © Henrie - www.fotolia.de
  • Model Brain © Karen Roach - www.fotolia.de
  • Entwicklung des Gehirns © ag visuell - www.fotolia.de

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