Das Gehirn

Das Gehirn (Cerebrum) ist das zentrale Steuerungsorgan des Körpers und Sitz von Geist und Seele. Seine Komplexität ist Grund dafür, dass es derzeit nur unzureichend begriffen werden kann. Viele Forscher glauben, dass das Gehirn sich prinzipiell nicht völlig selbst verstehen können wird. Dennoch haben die Forschungen von morphologischer, biochemischer, genetischer und physiologischer ebenso wie von psychologischer, soziologischer und spiritueller Seite her einige Fortschritte ergeben und spektakuläre Erkenntnisse zutage gefördert. Hier werden einige Aspekte dargestellt, die für das weitere Verständnis des Gehirns eine Grundlage darstellen können.

Das Organ


Da Gehirn besteht aus 1,3 kg Gehirnmasse, in der sich 100 Milliarden Neurone (Nervenzellen), sowie die zwischen ihnen verlaufenden Nervenbahnen und die unterstützenden Gliazellen befinden. Die Bereiche, in denen Nervenzellen eng zusammen liegen, wird als graue Substanz bezeichnet. Unter diesem Begriff wird speziell die Schicht der Oberfläche des Großhirns, die Großhirnrinde, verstanden, obgleich auch die Hirnkerne im Inneren des Gehirns wegen der Akkumulation der Neurone dort grauer erscheinen als die benachbarte weiße Substanz der Leitungsbahnen. Das Gehirn wird von Gehirnwasser (Liquor) umgeben, das mit den Liquorräumen innerhalb des Gehirns kommuniziert. Die inneren Liquorräume bilden das Ventrikelsystem mit seiner Ependymauskleidung und dem Plexus chorioideus, wo der Liquor gebildet wird.

Jede Nervenzelle (Neuron) besitzt eine außerordentlich hohe Kommunikationsdichte mit anderen Nervenzellen. Über viele Nervenzellfortsätze, die Neuriten, zu denen kurze Fortsätze (Dendriten) und einige lange Fortsätze (Axone) gehören, stehen sie in Kontakt mit anderen Nervenzellen. Die Kontaktstellen, die als Synapsen bezeichnet werden, vermitteln über ihre dort ankommenden Erregungen und Mediatoren Informationseinheiten an andere Neurone; sie können im kooperierenden Neuron eine Erregung hervorrufen oder eine Hemmung. Jedes Neuron besitzt – je nach Lokalisation und Aufgabe – bis zu mehreren Tausend solcher Synapsen.

Die Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns ist nicht allein von seiner Größe abhängig, denn die weniger leistungsfähigen Wal- oder Elefantengehirne können größer sein, sondern auch von der Dicke der grauen Substanz der Großhirnrinde und der Packungsdichte der Nervenzellen in ihr. Zudem spielt die Geschwindigkeit der Erregungsleitung der langen Nervenausläufer (Axone) eine Rolle, die wiederum von den Nervenscheiden, die beim Menschen besonders dick sind, bestimmt wird. Auch die Organisation des Gehirns ist von Bedeutung, die sich zwar im Wesentlichen bei höheren Affenarten ganz ähnlich findet, aber in einem wesentlichen Punkt abweicht. Beim Menschen findet sich das Broca´sche Sprachzentrum, während es das Wernicke´sche Sprachzentrum für das Sprachverständnis auch bei höheren Tieren bereits gibt. Das Broca-Zentrum ermöglicht die komplexe Syntax der Sprache mit ihrer Grammatik, die wesentlich zur menschlichen Intelligenz beiträgt.

Die Tätigkeit des Gehirns ist sehr energieaufwändig. Die Energieversorgung basiert auf einer hohen Blutversorgung (s. u.), die die Zufuhr von Sauerstoff und Glukose gewährleistet. Glukose (Traubenzucker) ist die einzige Energiequelle für das Gehirn. Sowohl Sauerstoffmangel als auch eine Unterzuckerung führen daher rasch zur Bewusstlosigkeit. Eine Unterbrechung eines Teils der Blutversorgung führt zum Ausfall eines Hirnteils mit dem klinischen Bild eines Schlaganfalls.

Schutz des Gehirns

Das Gehirn liegt in der knöchernen Schädelkalotte geschützt vor alltäglichen Insulten. Die Einkapselung hat jedoch den Nachteil, dass eine Raumforderung im Gehirn durch eine entzündliche Schwellung oder einen Tumor zu gefährlich erhöhtem intrakraniellen Druck (Druck in der Schädelkapsel) führt.

Das Gehirn ist vor unkontrollierten toxischen Einflüssen aus dem Blut durch eine besondere Abdichtung zwischen dem Blutgefäßsystem und den Hirnzellen weitgehend gesichert. Diese „Blut-Hirn-Schranke“ verhindert auch das Eindringen mancher Medikamente in die Hirnsubstanz. Viele Antibiotika können nur ins Gehirn gelangen, wenn die Blut-Hirn-Schranke undicht ist. Dies kann im Rahmen einer Hirnhautentzündung (Meningitis) oder einer Gehirnentzündung (Enzephalitis) zustande kommen.

Es gibt im Gehirn neuroprotektive Mechanismen; dies sind Schutzmechanismen, die einen erhöhten Abbau von Nervenzellen verhindern. Forschungen zur Neuroprotektion zeigen eine Reihe solcher Mechanismen auf, die perspektivisch möglicherweise medikamentös gestärkt werden können (weiteres siehe hier). Eine Neubildung von Gehirnzellen, die einmal zugrunde gegangen sind, ist bis auf Ausnahmen nicht möglich. Eine Ausnahme stellt der Nucleus hippocampus (kurz Hippocampus, s. u.) dar, bei dem eine Neuroregeneration beobachtet werden kann.

Grobe Einteilung des Gehirns

Das Gehirn lässt sich in verschiedene Abschnitte und Strukturen unterscheiden, die ganz unterschiedliche Aufgaben erfüllen:

  • Das Stammhirn: Das Stammhirn ist der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil, in dem auch die Funktionen ablaufen, die schon in den frühesten Entwicklungsstufen erforderlich waren. Es besteht aus folgenden Abschnitten:
    • Das Mittelhirn (Mesencephalon): Zum Mittelhirn gehören
      • der rote Kern (Nucleus ruber: Funktion im extrapyramidalmotorischen System) und
      • die schwarze Substanz (Substantia nigra: Funktion im extrapyramidalmotorischen System, Starterfunktion von Bewegungen, Funktion beim Lernen; Verlust der dopaminergen Zellen beim Morbus Parkinson).
    • Die Brücke (Pons): Kreuzung und Umschaltstation (Brückenkerne) der Nervenverbindung zwischen Großhirn und Kleinhirn.
    • Das verlängerte Rückenmark (Medulla oblongata): Hier liegen entwicklungsgeschichtlich sehr alte Kerne, die Funktionen bei der Atmung (Atemzentrum), der Blutkreislauf (Kreislaufzentrum), beim Saugen, Schlucken, Würgen und Erbrechen erfüllen.
  • Das Zwischenhirn: Das Zwischenhirn liegt zwischen Stammhirn und Großhirn. Es enthält viele Einzelansammlungen von Neuronen (Kerne), die Funktionen in der Regulation von Kreislauf (mit Blutdruck, Herzaktion), Temperatur, Hunger und Fortpflanzungsverhalten erfüllen. Große Kerngebiete sind der Thalamus und der Hypothalamus.
    • Der Thalamus ist eine große Umschaltstation von Nerven mit ankommenden Informationen (Afferenzen), die anschließend zur Großhirnrinde weitergeleitet und dort ins Bewusstsein gebracht werden („Tor zum Bewusstsein“).
    • Der Hypothalamus setzt sich direkt in die Hypophyse fort. Der Hypophysenhinterlappen gehört noch zum Hypothalamus; er hat eine direkte Verbindung zum Nucleus supraopticus und Nucleus paraventricularis, die Hormonvorstufen produzieren; Beispiel Vasopressin-Vorstufen). Der Hypothalamus enthält eine Reihe von Kerngebieten (Nuclei), die unterschiedlichste Funktionen erfüllen, so z. B. die Regulierung der unterbewussten Körperfunktionen (wie Temperatur, Blutdruck, Hungergefühl und Wasser- und Elektrolythaushalt) über das vegetative Nervensystem, Anstoß von Hormondrüsen (so der Schilddrüse und der Hypophyse). In der Hypophyse werden Adiuretin (ADH), Oxytocin und Neuropeptid Y (NPY, steigert das Hungergefühl) produziert bzw. gespeichert und bei Bedarf freigesetzt. Releasing-Hormone beeinflussen den Hypophysenvorderlappen, der eine zentrale Bedeutung für das Hormonsystem des Körpers hat (Beeinflussung der Bildung der Nebennierenrindenhormone und der Geschlechtshormone).
  • Das Großhirn: Das Großhirn der Säugetiere ist Träger der entwicklungsgeschichtlich jüngeren und „höheren“ Funktionen des Gehirns; beim menschlichen Gehirn hat es zusätzlich die Grundlagen für die Sprachfähigkeit ausgebildet. Es besteht aus verschiedenen Teilen:
    • aus alten Teilen, zu denen das limbische System (mit u. a. Hippocampus und den Mandelkernen (Amygdalae)) gehört, das noch ganz in der Nachbarschaft zum Thalamus gelegen ist;
      • der Hippocampus,zum Temporallappen (s. u.) gehörig, übt Gedächtnisfunktionen (besonders das Kurzzeitgedächtnis) aus, hat eine Aufgabe bei der Erstellung von Lageplänen (inneren Landkarten) und scheint über seine Verbindung zum Riechhirn (Bulbus olfactorius) mitzubestimmen, wen man „riechen“ kann, also sympathisch oder unsympathisch findet; Auslösung und Verarbeitung von Emotionen,
      • die Amygdala (der Mandelkern) gehört zum limbischen System und vermittelt das Empfinden von Gefahr. Es schützt den Organismus davor, sich in gefährliche oder potentiell lebensbedrohliche Situationen zu begeben;
    • aus neuen Teilen, dem Neocortex mit der Hirnrinde, das die höheren und entwicklungsgeschichtlich neueren Funktionen des Gehirns erfüllt (wie Denken, Sprechen und Sprachverständnis, Fühlen, Assoziationen, Abstraktionen, große Teile der Lernfähigkeit und des Gedächtnisses, Planen, soziale Funktionen etc). Der Neocortex besteht aus 2 Hemisphären, die über den Balken miteinander verbunden sind (Delphine haben keinen Balken). Das Großhirn besteht aus einer grauen Substanz, die außen liegt und die Hirnrinde (Kortex) mit ihren Nervenzellen (Neuronen) darstellt, sowie aus der in der Mitte gelegenen weißen Substanz, die die großen Nervenbahnen beherbergt. Die Großhirnrinde verläuft in vielen Windungen und Falten (Gyri), die zur Vergrößerung des Oberflächenareals für die graue Substanz dienen. Sie lässt sich anatomisch in verschiedene Abschnitte einteilen (jeweils rechts und links):
      • Der Stirnlappen (Stirnlappen, Lobus frontalis): Aufgaben bei Initiative, Moralvorstellungen, sozialen Hemmungen, Religiosität.
      • Der Scheitellappen (Parietallappen, Lobus parietalis): Aufgaben beim Langzeit-Erinnerungsvermögen, Raumempfinden und räumlichem Denken, Rechnen.
      • Der Schläfenlappen (Temporallappen, Lobus temporalis): Hörzentrum; Funktionen bei der Sprache bzw. der Konzeption von Sätzen (Wernicke Sprachzentrum);
        • Hippocampus: ein in der Tiefe gelegener alter Teil des Schläfenlappens, gehört zum limbischen System (s. o.).
      • Der Hinterhauptslappen (Okzipitallappen, Lobus occipitalis): Er enthält das Sehzentrum mit dem direkt anschließenden visuellen Assoziationszentrum. Es ist räumlich vom Kleinhirn durch ein Septum (Tentorium cerebelli) abgegrenzt.
  • Das Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn sitzt auf dem Stammhirn ihn Höhe der Brücke und der Medulla oblongata. Es übernimmt Aufgaben bei der Motorik und ihrer Koordination.
Gehirn 01 CT 02 MC

Coputertomographischer Längsschnitt durch die Mitte des Schädels mit Darstellung des Gehirns und der es umgebenden und in ihm vorhandenen Liquorräume (hell). Das Gehirn selbst hebt sich dagegen dunkel ab

Die Blutversorgung des Gehirns


Das Gehirn benötigt wegen seines exzessiven Sauerstoffbedarfs eine starke Durchblutung. Sie erfordert etwa 20% der Herzauswurfleistung und wird durch 4 großlumige Arterien gewährleistet. Sie ist wegen der zentralen Bedeutung des Gehirns für den Körper durch Kommunikationen untereinander abgesichert. Die großen Blutgefäße, die das Gehirn versorgen, entstammen der Arteria carotis interna (innere Halsschlagader) und der Arteria vertebralis (eine Arterie, die im Bereich der Halswirbelsäule in die hintere Schädelgrube zieht).

Neurotransmitter

Im Gehirn fördern verschiedene Neurotransmitter die Erregungsausbreitung bzw. Erregungshemmung zwischen kooperierenden Neuronen. Zu den Neurotransmittern gehören u. a. Dopamin, Noradrenalin, Serotonin, Neurotensin und Oxitocin. Sie wirken über spezifische Rezeptoren. Viele neurologische Erkrankungen werden durch Eingriff in das Neurotransmittersystem behandelt (z. B. L-Dopa beim Morbus Parkinson oder Ritalin beim ADHS). Eine missbräuchliche Anwendung solcher Substanzen als Drogen können zu Hirnschäden und fatalen Auswirkungen auf die Persönlichkeit und die soziale Einbindung des / der Betreffenden führen. Mehr dazu siehe hier.

Krankheiten des Gehirns

Krankheiten des Gehirns implizieren immer die Gefahr einer Veränderung der Persönlichkeit, des Charakters, der Vollständigkeit der Körperempfindung oder der Erfahrungswelt oder der Möglichkeiten einer aktiven Beeinflussung seiner Umwelt. Eine diffuse Funktionsstörung wird als Enzephalopathie bezeichnet. Sie kann vielfältige Ursachen haben. Siehe auch Gehirn und Intelligenz und Gehirn und Emotionen.

Krankheiten

Wesentliche Krankheitsbilder, die mit dem Risiko einer Wesensveränderung behaftet sind, sind beispielsweise:

  • entzündliche Erkrankungen des Gehirns (z. B. Enzephalitis durch Viren, Bakterien oder Pilze, Hirnabszess),
  • Tumorerkrankungen des Gehirns mit Zerstörung oder Verdrängung normalen Hirngewebes,
  • degenerative Hirnerkrankungen wie Morbus Parkinson, multiple Sklerose (MS) oder die Alzheimer Krankheit,
  • toxische Einflüsse, z. B. chronische Alkoholeinwirkung

Funktionsstörungen

Das Gehirn kann bei Stoffwechselveränderungen mit Funktionsstörungen reagieren, die prinzipiell reversibel sind, so z. B.

Verweise