Was ist das Gehirn?
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 (Mensch) beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse. Das Gewicht (Gehirn) macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus.
Wie viele Gehirnzellen hat ein Mensch?
Ein Mensch hat ungefähr 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem, unser Gehirn, aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf 100 Billionen geschätzt.
Gliazellen
Die Nervenzellen im Gehirn sind eingebettet in ein stützendes Gewebe aus Gliazellen. Welche Aufgaben diese Zellen haben und wie sie aufgebaut sind, lesen Sie im Beitrag Gliazellen.
Hirnhäute
Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater. Alles Wichtige über die drei Schutzhüllen und ihre Funktion erfahren Sie mehr im Beitrag Hirnhäute.
Gehirn-Aufbau: Fünf Abschnitte
Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Kleinhirn (Cerebellum)
- Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata)
Hirnregionen und ihre Funktionen
Die verschiedenen Anteile der Großhirnrinde übernehmen ganz unterschiedliche Funktionen
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Lesen Sie mehr über seine Anatomie und Funktion im Beitrag Großhirn.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Mehr Informationen über den Aufbau und die Funktion des Diencephalons lesen Sie im Beitrag Zwischenhirn.
Im unteren Schädelbereich befindet sich die Hirnbasis, die – entsprechend der knöchernen Schädelbasis – stärker modelliert ist. Hier liegt der Hirnstamm.
Hirnstamm
Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Lesen Sie mehr im Beitrag Hirnstamm.
Mittelhirn (Mesencephalon)
Das Mesencephalon ist der kleinste Abschnitt des Gehirns. Alles Wichtige über seinen Aufbau und seine Funktion erfahren Sie im Beitrag Mittelhirn.
Medulla oblongata (Myelencephalon)
Das auch als Nachhirn bezeichnete Meyelencephalon stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar. Mehr über diesen Hirnabschnitt lesen Sie im Beitrag Medulla oblongata.
Kleinhirn (Cerebellum)
Oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären sitzt das Kleinhirn. Mehr über seine Aufgaben und seine Anatomie lesen Sie im Beitrag Kleinhirn.
Graue Substanz
Die graue Substanz im Gehirn besteht in erster Linie aus Nervenzellkörpern. Der Name kommt daher, dass die Nervenzellen im lebenden Organismus rosa sind, sich nach dessen Tod aber grau verfärben. Aus grauer Substanz bestehen etwa die Großhirnrinde, die Basalganglien, die Kleinhirnrinde und die Hirnnervenkerne. Etwa 80 Prozent der Hirndurchblutung sind für die Versorgung der grauen Substanz notwendig.
Basalganglien
Die Basalganglien sind eine Gruppe Großhirn- und Zwischenhirnkerne aus grauer Substanz. Mehr über sie und ihre Funktionen lesen Sie im Beitrag Basalganglien.
Weiße Substanz
Neben der grauen Substanz gibt es noch die weiße Substanz, die aus den Nervenzellfortsätzen, den Nervenfasern (Axonen), besteht. Die weiße Substanz findet sich im Mark von Großhirn und Kleinhirn.
Hirnnerven
Dem Gehirn entspringen zwölf paarige Nerven, die den Kopf, den Hals und Organe im Rumpf versorgen. Mehr über diese wichtigen Nervenbahnen lesen Sie im Beitrag Hirnnerven.
Die Blutversorgung (Gehirn)
Das Gehirn wird pro Minute von etwa 800 Millilitern Blut durchströmt. Diese Menge kann bis zum 50. Lebensjahr geringfügig schwanken, nimmt aber danach ab (zusammen mit dem Sauerstoff- und Glukoseverbrauch). Zwischen 15 und 20 Prozent des Herzminutenvolumens entfällt auf die Blutversorgung des Gehirns.
In Schlaf- und Wachphasen wird das Gehirn stets etwa gleichermaßen durchblutet. Auch bei Blutdrucksteigerungen, Blutdruckabfall, starker körperlicher Anstrengung oder sogar unregelmäßigem Herzschlag ändert sich die Durchblutung des Gehirns kaum – außer, wenn der systolische Blutdruck stark abfällt (unter 70 mmHg) oder stark ansteigt (über 180 mmHg).
Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der gemeinsamen Halsschlagader (Arteria communis) entspringen, und über die Arteria vertebralis, die aus den Wirbelkörpern kommt und durch das Hinterhauptsloch in die Schädelhöhle eintritt. Durch weitere Arterien werden diese zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst.
Durch diesen Gefäßring wird sichergestellt, dass der Blutbedarf des empfindlichen Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr immer ausreichend ist. Der Gefäßring und seine Äste liegen zwischen zwei Hirnhäuten (der Spinngewebshaut und der inneren Hirnhaut) im sogenannten Subarachnoidalraum und sind dort von Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) umgeben, der die dünnwandigen Gefäße schützt.
Liquor
Der Liquor ist die Flüssigkeit, welche das Gehirn und auch das Rückenmark schützend umgibt. Mehr über die Hirn-Rückenmarksflüssigkeit lesen Sie im Beitrag Liquor.
Ventrikelsystem
Das Gehirn weist mehrere Hohlräume (Hirnkammern) auf, in denen der Liquor zirkuliert und die zusammen das Ventrikelsystem bilden. Mehr darüber lesen Sie im Beitrag Ventrikelsystem.
Die Blut-Hirn-Schranke
Das empfindliche Gewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke gegen schädigende Substanzen im Blut (wie Gifte, Krankheitserreger, bestimmte Medikamente etc.) abgeschirmt. Alles Wichtige über diesen Schutzmechanismus erfahren Sie mehr im Beitrag Blut-Hirn-Schranke.
Energieverbrauch (Gehirn) und Gehirnkapazität
Der Energieverbrauch im Gehirn ist enorm hoch. Fast ein Viertel des Gesamtenergiebedarfs des Körpers entfällt auf das Gehirn. Die Glukosemenge, die täglich mit der Nahrung aufgenommen wird, wird bis zu zwei Drittel vom Gehirn beansprucht.
Die Gehirnkapazität ist deutlich größer als die, die wir im Alltag tatsächlich nutzen. Das bedeutet: Ein Großteil unserer Gehirnkapazität ist ungenutzt.
Entwicklung des Gehirns
Die embryonale Entwicklung des Gehirns aus dem Neuralrohr zeichnet sich einerseits durch ein besonderes Größenwachstum aus, andererseits durch ein ungleichmäßiges Dickenwachstum der Wand und besondere Knickstellen. Dadurch wird das Gehirn schon frühzeitig in mehrere Abschnitte unterteilt.
Aus der Hirnanlage bilden sich zunächst drei hintereinander liegende Abschnitte (primäre Hirnbläschen) heraus, die dann das Vorderhirn, das Mittelhirn und das Rautenhirn bilden. In der weiteren Entwicklung entstehen daraus fünf weitere, sekundäre Hirnbläschen: Aus dem Vorderhirn entwickeln sich Großhirn und Zwischenhirn. Aus dem Rautenhirn gehen die Medulla oblongata, die Brücke und das Kleinhirn hervor.
Welche Funktion hat das Gehirn?
Die Gehirn-Funktionsbereiche sind vielfältig. Der Hirnstamm, der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns, 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 weist mehrere Abschnitte auf, darunter den Thalamus und den Hypothalamus: Im Thalamus werden Sinneseindrücke verarbeitet; über den Hypothalamus werden der Schlaf-Wach-Rhythmus, Hunger und Durst, das Schmerz- und Temperaturempfinden und der Sexualtrieb gesteuert.
Thalamus
Alles Wichtige über diesen wichtigen Teil des Zwischenhirns, der als „Tor zum Bewusstsein“ gilt, erfahren Sie im Beitrag Thalamus.
Hypothalamus
Mehr über den Aufbau und die Aufgaben des Hypothalamus lesen Sie im Beitrag Hypothalamus.
Hypophyse
Die Hypophyse ist mit dem Hypothalamus über einen Stiel verbunden. Mehr über die Anatomie und Funktion dieser Hormondrüse lesen Sie im Beitrag Hypophyse.
Das Kleinhirn koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.
Im Großhirn sitzen auf der einen Seite Sprache und Logik, auf der anderen Seite Kreativität und Orientierungssinn.
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.
Limbisches System
Das Limbische System regelt das Affekt- und Triebverhalten und dessen Verknüpfungen mit vegetativen Organfunktionen. Mehr über diesen entwicklungsgeschichtlich sehr alten Bereich des Gehirns lesen Sie im Beitrag Limbisches System.
Zwei wichtige Teilbereiche innerhalb des limbischen Systems sind die Amygdala (Mandelkern) und der Hippocampus:
Amygdala
Welche Aufgaben der Mandelkern hat, erfahren Sie im Beitrag Amygdala.
Hippocampus
Der Hippocampus ist der Arbeitsspeicher unseres Gehirns und die Schaltstelle zwischen dem Kurz- und dem Langzeitgedächtnis. Mehr darüber lesen Sie im Beitrag Hippocampus.
Gedächtnis
Eine sehr wichtige Funktion des Gehirns ist das Gedächtnis – vom Ultrakurzzeit- über das Kurzzeit- bis zum Langzeitgedächtnis. Mehr darüber lesen sie im Beitrag Gedächtnis.
Wie funktioniert das Gehirn?
Ein reibungsloses Funktionieren aller Organe und Gewebe im Körper sowie ein sinnvolles Verhalten sind nur möglich, wenn alle Organfunktionen von einer übergeordneten Kontrollinstanz koordiniert und kontrolliert werden und alle Informationen, die uns die Umwelt liefert, aufgenommen, verarbeitet und beantwortet werden. Diese Aufgabe leistet unser Gehirn, das Netzwerk aus Milliarden von Nervenzellen (Neuronen).
Die Gehirnzellen sind durch Synapsen, Kontaktstellen zwischen den Zellen, miteinander verbunden. Diese Kontaktstellen spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der Nachrichten. Informationen aus dem Körper oder der Umwelt gelangen etwa in Form von Hormonen über das Blut oder als elektrische Impulse aus den Sinneszellen über Nervenbahnen bis ins Gehirn. Dort werden sie bewertet und verarbeitet. Als Reaktion werden entsprechende Signale vom Gehirn wieder ausgesendet – zum Beispiel an Muskeln, um sich zu bewegen, an Drüsen, um Sekrete zu produzieren und abzugeben, oder an Sinnesorgane, um Reize aus der Umwelt zu beantworten.