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Gehirn

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Ein menschliches Gehirn
fMRI-Bild eines menschlichen Gehirns. Schnitt sagittal, die Nase ist links. Hier klicken für eine animierte Abfolge von Schnitten.

Als Gehirn (Hirn, Cerebrum) bezeichnet man den im Kopf gelegenen Teil des Zentralnervensystems (ZNS) der Wirbeltiere. Es liegt geschützt in der Schädelhöhle und wird umhüllt von der Hirnhaut.

Funktion

Das Wirbeltier-Gehirn verarbeitet hochzentralisiert Sinneseindrücke und koordiniert komplexe Verhaltensweisen. Es ist somit der Hauptintegrationsort für alle überlebenswichtigen Informationen, die in einem Organismus verarbeitet werden.

Allerdings gelangt nicht jede Information bis zur Hirnrinde und damit zum Bewusstsein. Peripher liegende Nervengeflechte (Plexus) und vor allem Zentren im Hirnstamm dienen der unbewussten Vorverarbeitung von Signalen. Reflexbögen übernehmen Aufgaben, die mit höchster Geschwindigkeit und ohne bewusste Verarbeitung und verzögernde Einflussnahme ablaufen müssen. Auch beim Menschen findet sich ein solches autonomes Nervensystem. Es dient der Koordination vegetativer Funktionen wie Atmung, Kreislauf [Herz], Nahrungsaufnahme, -verdauung und -abgabe, Flüssigkeitsaufnahme und -ausscheidung, sowie der Fortpflanzung. Die Regulation dieser Prozesse würde diejenigen Strukturen des Gehirns, die mit der bewussten Wahrnehmung beschäftigt sind, vollständig überfordern und damit blockieren.

Die Funktion des Gehirns basiert hauptsächlich auf der Interaktion von stark vernetzten Neuronen über elektrische Impulse (siehe Neuronales Netz). Ein Mittel zur Analyse von Gehirnaktivitäten stellt daher die Messung der Gehirnströme mittels eines EEG dar. Eine andere Methode der Messung ist das MEG.

Die Struktur und – in geringerem Maß – die Größe des Gehirns können als Anhaltspunkt für die Lernfähigkeit und Intelligenz eines Tieres herangezogen werden. Wiederum ist nicht das Gehirn alleine zu Lernleistungen in der Lage, neuronale Plastizität findet sich auf so gut wie allen Hierarchiestufen des Nervensystems.

Neben den Wirbeltieren besitzen auch Tintenfische hochkomplexe Gehirne, die sie zu gezielten Tätigkeiten befähigen. Im weiteren Sinne bezeichnet man daher auch die Zentralstelle des Nervensystems verschiedener wirbelloser Tiere, etwa der Ringelwürmer oder Insekten, als Gehirn. Je nach Gehirn-Typ spricht man hier von Cerebralganglion, Oberschlundganglion etc.

Aufbau des Wirbeltiergehirns

Magnetresonanztomografieaufnahmen eines menschlichen Gehirns
Magnetresonanztomografieaufnahmen eines menschlichen Gehirns

Das menschliche Gehirn

Das menschliche Gehirn ist (neben einfachen Nervensystemen einiger Würmer) das am besten untersuchte Gehirn im Tierreich, trotzdem sind noch viele Fragen ungeklärt.

Zusammenfassung des Aufbaus des menschlichen Gehirns

Man unterscheidet vereinfacht 4 Hauptbereiche:

a) Das Großhirn ist in der Mitte durch einen Einschnitt in zwei Halbkugeln (=Hemisphären) geteilt. Diese sind stark gefaltet oder auch gefurcht. Es besteht eine Verbindung zwischen den Hemisphären, welcher auch Balken genannt wird - es handelt sich dabei um einen dicken Nervenstrang.

Die 2-4mm dicke Oberfläche wird Großhirnrinde genannt. Sie enthält ca. 14 Mrd. Nervenzellensoma. Dadurch erscheint sie grau und wird demzufolge auch graue Substanz genannt.

Auf ihr lassen sich nach den verschiedenen Aufgaben des Gehirns, die so genannten Rindenfelder lokalisieren. Auf diesen entstehen z.B. die Sinneseindrücke. Man unterschiedet grob zwischen Empfindungsfeldern und Assoziationsfeldern. Letztere bearbeiten Reize der Umwelt und reagieren darauf.

So findet man beispielsweise auf der hinteren Seite z.B. das Sehzentrum. An den Seiten (Schläfenlappen) befindet sich das Hörzentren. Die verschiedenen Felder sind untereinander verbunden. Dem vorderen Teil des Gehirns kommen Aufgaben wie Gedächtnis, höhere Denkvorgänge sowie Willensbildung zu.

Die Position der Rindenfelder wurde durch Ausfälle, wie z.B. nach Schlaganfällen bestimmt.


b) Das Kleinhirn, besteht auch aus zwei Hemisphären. Es ist z.B. für Gleichgewicht, Bewegungen und deren Koordination verantwortlich. Hier befindet sich auch der so genannte Orientierungssinn. Bei Tieren ist das Kleinhirn oft relativ zum Großhirn besser ausgeprägt, als beim Menschen, insbesondere bei Tieren mit Flugvermögen oder bei schnellen Räubern.

Neben den automatisierten Bewegungsabläufen wird dem Kleinhirn auch eine Funktion beim unbewussten Lernen zugeschrieben. Neuere Forschungen (2005) lassen darauf schließen, dass es auch einen Anteil am Spracherwerb und dem sozialen Lernen hat.


c) Das Zwischenhirn ist die Schaltstelle zwischen Großhirn und Hirnstamm und besteht hauptsächlich aus dem Thalamus (oberer Teil) und dem kleineren unteren Teil, dem Hypothalamus und der mit ihr verbundenen Hypophyse (Hirnanhangdrüse). Der Thalamus ist der Mittler von sensiblen und motorischen Signalen zum und vom Großhirn und besteht hauptsächlich aus grauer Substanz. Der Hypothalamus steuert zahlreiche körperliche und psychische Lebensvorgänge und wird selbst teils nerval über das vegetative Nervensystem und teils hormonell über den blutweg gesteuert. Hypothalamus und Hypophyse (wichtige Hormondrüse des Körpers, die über den Hypophysenstiel mit dem Hypothalamus verbunden ist) sind das zentrale Bindeglied zwischen dem Hormonsystem und dem Nervensystem. Das Zwischenhirn ist unter anderem verantwortlich für die Schlaf-Wach-Steuerung, Schmerzempfindung und Temperaturregulation.


d) Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Bereich des Gehirns. Er bildet den untersten Gehirnabschnitt und besteht aus auf- und absteigenden Nervenfasern (Weiße Substanz) und aus Ansammlungen von Neuronen bzw. von Somata (Graue Substanz). Es besteht aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) sowie dem Nachhirn (auch verlängertes Mark genannt, da es sich zwischen Brücke (Pons) und Rückenmark befindet). Der Hirnstamm verschaltet und verarbeitet eingehende Sinneseindrücke und ausgehende motorische Informationen und ist zudem für elementare und reflexartige Steuermechanismen zuständig.

Im Nachhirn kreuzen sich die Nervenbahnen der beiden Körperhälften. Außerdem werden hier viele automatisch ablaufende Vorgänge wie Herzschlag, Atmung oder Stoffwechsel gesteuert. Ebenso befinden sich hier wichtige Reflexzentren, so dass z.B. Lidschluss-, Schluck-, Husten- und andere Reflexe ausgelöst werden. Das untere Ende des Nachhirns schließt an das Rückenmark an.


Durchschnittlich wiegt das Gehirn einer erwachsenen Frau 1245 g, eines erwachsenen Mannes 1375 g. Zwischen Mann und Frau sind hinsichtlich der Intelligenz trotz dieser Gewichtsunterschiede keine signifikanten Schwankungen festzustellen. Dies verdeutlicht, dass das Gewicht im Grunde nicht als Maß für die Leistungsfähigkeit des Gehirns gelten kann, wie es historisch von Seiten der Misogynie immer wieder behauptet wurde. Es gibt allerdings auch noch andere Unterschiede im Aufbau des Hirnes, z. B. ist der Bereich preoptica im Hypothalamus bei jungen Männern mehr als doppelt so groß wie bei jungen Frauen. Beim geistigen Drehen von Objekten im Raum arbeitet beim Mann eine Gehirnregion, bei einer Frau zwei. Es ist allerdings noch nicht endgültig geklärt, ob die Unterschiede angeboren sind.

Das Gehirn ist das aktivste Organ des Menschen und hat dementsprechend einen enormen Sauerstoff- und Energiebedarf, gleichzeitig besitzt es aber keine Speicherkapazitäten dafür: Etwa 20% des Bluts werden vom Herzen ins Gehirn gepumpt; schon der kurzzeitige Ausfall der Sauerstoffversorgung führt deshalb zu Hirnschäden und bereits nach wenigen Minuten ist der Gehirntod festzustellen.

Das Gehirn des Menschen ist allerdings auch ein sehr anpassungsfähiges Organ. So ist es beispielsweise möglich, dass eine Gehirnhälfte die Arbeit der anderen mitübernimmt, falls diese nicht mehr arbeitsfähig ist.

Der historische Irrglaube, Genialität müsse am (nach dem Tode entnommenen) Gehirn ablesbar sein, ist so alt wie die Hirnerforschung und wird selbst heute noch gelegentlich fortgeführt. Der Sachbuchautor Michael Hagner lieferte u. a. anhand der Hirnbesonderheiten vieler Persönlichkeiten wie Immanuel Kant, Vladimir Iljitsch Lenin oder Albert Einstein nebenher eine Geschichte der Hirnforschung sowie themenbezogene Einblicke in die Kultur- und Sozialgeschichte der vergangenen drei Jahrhunderte. Nicht wenige Hirnforscher gerieten dabei auch ins Fahrwasser nationalistischen und völkisch-rassistischen Denkens.

Oft werden Vergleiche zwischen der Leistungsfähigkeit eines Computers und der des menschlichen Gehirns angestellt. Früher versuchte man auch, aus der Funktionsweise von Computern auf die Funktionsweise des Gehirns zu schließen. Heute dagegen versucht man in der Neuroinformatik, die Funktionsweise des Gehirns teilweise auf Computern nachzubilden bzw. durch diese auf neue Ideen zur "intelligenten" Informationsverarbeitung zu kommen. Als Struktur für Denk- und Wissensproduktion liefert das Gehirn eine Architektur, die sich zur Nachahmung empfiehlt. Künstliche neuronale Netzwerke haben sich bereits bei der Organisation künstlicher Intelligenzprozesse etabliert.

Konnektivität

Das menschliche Gehirn besitzt Schätzungen zu Folge ca. 100 Milliarden (1011) Nervenzellen, welche durch ca. 100 Billionen (1014) Synapsen eng miteinander verbunden sind. Das heißt, dass jedes Neuron im Schnitt mit 1000 anderen Neuronen verbunden ist und somit im Prinzip jedes beliebige Neuron von jedem Startneuron aus in höchstens 4 Schritten erreichbar ist. Allerdings gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Mittelwert [1]. Bekannt ist auch die retinotrope Abbildungseigenschaft.

Die 12 Hauptnervenpaare des Gehirns

  1. Riechnerv
  2. Sehnerv
  3. Augenmuskelnerv
  4. Rollnerv
  5. Drillingsnerv (Trigeminus) mit Augennerv, Oberkiefernerv und Unterkiefernerv
  6. seitlicher Augenmuskelnerv
  7. Gesichtsnerv (Fazialis)
  8. Hör- und Gleichgewichtsnerv
  9. Zungen-Schlund-Nerv
  10. Eingeweidenerv (Vagus)
  11. Beinnerv (Akzessorius)
  12. Zungenmuskelnerv

Siehe auch

Literatur

  • Olaf Breidbach: Die Materialisierung des Ichs: Zur Geschichte der Hirnforschung im 19. und 20. Jahrhundert. Frankfurt a.M.: Suhrkamp, 1997. (stw ; 1276). ISBN 3-518-28876-8
  • Günter Gassen, Sabine Minol: Unbekanntes Wesen Gehirn. Darmstadt: Media Team Verlag, 2004. ISBN 3-932845-71-4
  • Eccles, John C.: Wie das Selbst sein Gehirn steuert. Berlin / Heidelberg: Springer, 1994
  • Michael Hagner: Geniale Gehirne. Zur Geschichte der Elitegehirnforschung. Göttingen: Wallstein, 2004. ISBN 3-8924-4649-0
  • Sabine Perl, Verena Weimer, Hans Günter Gassen: Das Gehirn: Zwischen Perfektion und Katastrophe. Biologie in unserer Zeit 33(1), S. 36–44 (2003), ISSN 0045-205X
  • John von Neumann: Computer and the Brain. Yale University Press, 2000. ISBN 0300084730
  • Richard F. Thompson: Das Gehirn : von der Nervenzelle zur Verhaltenssteuerung. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2001 (3. Aufl.) ISBN 3-8274-1080-0
Wiktionary: Gehirn – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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