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Gehirn

Von

Steven A. Goldman

, MD, PhD, University of Rochester Medical Center

Letzte vollständige Überprüfung/Überarbeitung Mrz 2018| Inhalt zuletzt geändert Apr 2018
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Kurzinformationen
Quellen zum Thema

Die Funktionen des Gehirns sind ebenso rätselhaft wie erstaunlich. Alle Gedanken, Überzeugungen, Erinnerungen, Verhaltensweisen und Stimmungen entstehen im Gehirn. Das Gehirn ist der Ort des Denkens und der Intelligenz und das Steuerungszentrum für den ganzen Körper. Das Gehirn koordiniert die Fähigkeiten, sich zu bewegen, zu tasten, zu riechen, zu schmecken, zu hören und zu sehen. Es befähigt die Menschen, Wörter zu bilden, zu sprechen und zu kommunizieren, Zahlen zu begreifen und mit ihnen umzugehen, Musik zu komponieren und zu genießen, geometrische Formen zu erkennen und zu verstehen, vorauszuplanen, sich Dinge vorzustellen und sogar zu fantasieren.

Das Gehirn prüft alle Reize, ob sie von inneren Organen, der Körperoberfläche, Augen, Ohren, Nase oder Mund stammen. Es reagiert dann auf diese Reize, indem es die Körperstellung, die Bewegung der Gliedmaßen und die Geschwindigkeit, mit der die inneren Organe arbeiten, anpasst. Außerdem kann das Gehirn die Stimmung, den Bewusstseinszustand und das Aufmerksamkeitsniveau bestimmen.

Ansicht des Gehirns

Das Gehirn besteht aus dem Großhirn (Cerebrum), dem Stammhirn und dem Kleinhirn (Cerebellum). Jede Großhirnhälfte (Hemisphäre) ist in Lappen unterteilt.

Ansicht des Gehirns

Hirnhäute

Innerhalb des Schädels ist das Gehirn von drei Gewebeschichten, den Hirnhäuten (Meningen), überzogen.

Hirnhäute

Kein Computer konnte es bisher auch nur annähernd mit den Fähigkeiten des menschlichen Gehirns aufnehmen. Diese Ausgereiftheit hat allerdings ihren Preis. Das Gehirn benötigt eine stetige Versorgung. Es verlangt eine außerordentlich große Menge und einen kontinuierlichen Fluss an Blut und Sauerstoff – ca. 20 Prozent der Durchblutung aus dem Herzen. Versiegt die Blutzufuhr zum Gehirn länger als etwa 10 Sekunden, kann dies zu einem Bewusstseinsverlust führen. Sauerstoffmangel oder ein ungewöhnlich niedriger Blutzuckerspiegel (Glukose) kann zu einer verminderten Gehirnaktivität führen und das Gehirn innerhalb von Minuten schädigen. Das Gehirn wird jedoch durch verschiedene Abwehrmechanismen geschützt, welche dahingehend arbeiten können, dass solche Probleme vermieden werden. Wenn beispielsweise die Durchblutung des Gehirns nachlässt, signalisiert das Gehirn dem Herzen sofort, schneller und kräftiger zu schlagen und somit mehr Blut zu pumpen. Sinkt der Blutzuckerspiegel zu stark ab, weist das Gehirn die Nebennieren an, Adrenalin (Epinephrin) auszuschütten, das die Leber veranlasst, gespeicherten Zucker freizusetzen.

Wussten Sie ...

  • Das Gehirn produziert selten neue Nervenzellen (Neuronen), kann aber das ganze Leben lang neue Stützzellen (Gliazellen) bilden.

  • Kein Computer konnte es bisher auch nur annähernd mit den Fähigkeiten des menschlichen Gehirns aufnehmen.

  • Etwa 20 Prozent des vom Herzen gepumpten Blutes gehen in das Gehirn.

Das Gehirn ist auch durch die Blut-Hirn-Schranke geschützt. Diese dünne Barriere hindert einige toxische Substanzen im Blut daran, in das Gehirn zu gelangen. Sie existiert, da im Gehirn, anders als in den meisten Körperteilen, die Zellen, welche die Kapillarwände bilden, dicht verschlossen sind. (In den Kapillaren, den kleinsten Blutgefäßen des Körpers, findet der Austausch von Sauerstoff und Nährstoffen zwischen Blut und Gewebe statt.) Die Blut-Hirn-Schranke beschränkt die Arten von Substanzen, die in das Gehirn gelangen können. Beispielsweise können Penizillin, viele chemotherapeutische Arzneimittel und die meisten Proteine nicht zum Gehirn gelangen. Auf der anderen Seite können Substanzen wie Alkohol, Koffein und Nikotin in das Gehirn gelangen. Verschiedene Arzneimittel, so wie Antidepressiva, sind so konzipiert, dass sie diese Barriere überwinden können. Einige Substanzen, die das Gehirn benötigt, wie Zucker und Aminosäuren, können nicht ohne weiteres die Barriere überwinden. Die Blut-Hirn-Schranke verfügt jedoch über Transportsysteme, mit deren Hilfe Substanzen, die das Gehirn benötigt, dennoch durch die Barriere zum Hirngewebe geschafft werden. Bei einer Entzündung des Gehirns, wie es zum Beispiel bei bestimmten Infektionen oder Tumoren der Fall sein kann, wird die Blut-Hirn-Schranke undicht (permeabel). Einigen Stoffen (zum Beispiel bestimmten Antikörpern) gelingt es dann, ins Gehirn zu gelangen, was ihnen normalerweise nicht möglich ist.

Die Aktivität des Gehirns resultiert aus elektrischen Impulsen, die von Nervenzellen (Neuronen) erzeugt werden, die Informationen verarbeiten und speichern. Die Impulse wandern entlang der Nervenfasern in das Gehirn. Wie hoch die Gehirnaktivität ist, von welcher Art sie ist und wo im Gehirn sie ausgelöst wird, hängt vom Bewusstseinszustand und der bestimmten Aktivität ab, welche die Person gerade ausübt.

Das Gehirn besteht aus drei Hauptteilen:

  • Zerebrum

  • Stammhirn

  • Cerebellum

Jeder Teil ist in verschiedene kleinere Bereiche unterteilt, jeder mit spezifischen Funktionen.

Zerebrum

Das Zerebrum (Großhirn), der größte Teil des Gehirns, besteht aus folgenden Teilen:

  • Hirnrinde (zerebrale Kortex): Diese gewundene Gewebeschicht bildet die Außenfläche des Großhirns. Sie besteht aus einer dünnen, etwa 2 bis 4 Millimeter dicken Schicht der grauen Substanz. Bei Erwachsenen enthält die Großhirnrinde (Cortex cerebri) den größten Teil der Nervenzellen im Nervensystem.

  • Weiße Substanz: Die weiße Substanz besteht hauptsächlich aus Nervenfasern, die die Nervenzellen in der Hirnrinde mit anderen Teilen des Gehirns und des Rückenmarks verbinden. Sie enthält außerdem die Stützzellen (Gliazellen) für die Nervenzellen. Die weiße Substanz liegt unter der Hirnrinde.

  • Subkortikale Strukturen: Diese Strukturen liegen ebenfalls unter der Hirnrinde – daher ihr Name. Sie umfassen die Basalganglien, den Thalamus, Hypothalamus, Hippocampus und das limbische System mit der Amygdala, den olfaktorischen Verbindungen (Strukturen, die die Riechsignale weiterleiten) und zugehörigen Strukturen.

Das Großhirn (Zerebrum) ist in zwei Hälften geteilt, die linke und die rechte Großhirnhälfte. Die Gehirnhälften (Hemisphären) sind miteinander durch Nervenfasern verbunden, die eine Brücke aus weißer Substanz (genannt Corpus Callosum) durch die Mitte des Gehirns bilden. Jede Großhirnhälfte (Hemisphäre) ist in Lappen unterteilt:

  • Frontallappen

  • Parietallappen

  • Okzipitallappen

  • Temporallappen

Jeder Lappen hat spezifische Aufgaben; für die meisten Aufgaben müssen jedoch mehrere Bereiche unterschiedlicher Lappen in beiden Hemisphären zusammenarbeiten.

Die Frontallappen haben folgende Funktionen:

  • Einleiten vieler willentlicher Handlungen, vom Fixieren eines interessanten Objektes über das Überqueren einer Straße bis zur Entspannung der Harnblase zum Wasserlassen

  • Steuerung erlernter motorischer Fähigkeiten, wie Schreiben, Musikinstrumente spielen und Schnürsenkel binden

  • Steuerung komplexer intellektueller Prozesse, wie Sprache, Denken, Konzentration, Problemlösen und Vorausplanen

  • Steuerung von Gesichtsausdrücken und von Hand- und Armgesten

  • Koordinierung von Mimik und Gestik mit der Stimmung und den Gefühlen

Bestimmte Bereiche in den Frontallappen steuern bestimmte Bewegungen, in der Regel auf der gegenüberliegenden (kontralateralen) Körperseite. Bei den meisten Menschen steuert der linke Frontallappen den Großteil der Funktionen, die bei der Sprachbenutzung beteiligt sind.

Die Parietallappen (Scheitellappen) haben folgende Funktionen:

  • Interpretation von sensorischen Informationen aus dem restlichen Körper

  • Steuerung der Position des Körpers und der Gliedmaßen

  • Verknüpfung der Sinneseindrücke von Form, Struktur und Gewicht zu allgemeinen Wahrnehmungen

  • Beeinflussung von mathematischen Fähigkeiten und Sprachverständnis, so wie es in den angrenzenden Bereichen der Temporallappen geschieht

  • Speichern räumlicher Erinnerungen, die eine Orientierung im Raum (wissen, wo man sich befindet) und eine Richtungsorientierung (wissen, wohin man geht) ermöglichen

  • Verarbeiten von Informationen, die den Menschen helfen, sich der Position ihrer Körperteile bewusst zu sein

Die Okzipitallappen (Hinterhauptlappen) haben folgende Funktionen:

  • Verarbeitung und Interpretation des Sehens

  • Ermöglichen der Bildung visueller Erinnerungen

  • Integration von visuellen Wahrnehmungen mit den räumlichen Informationen, die von den benachbarten Parietallappen (Scheitellappen) zur Verfügung gestellt werden

Die Temporallappen (Schläfenlappen) haben folgende Funktionen:

  • Erzeugung von Erinnerung und Gefühlen

  • Unmittelbare Verarbeitung von Ereignissen im Kurz- und Langzeitgedächtnis

  • Speicherung und Abruf von Langzeiterinnerungen

  • Verstehen von Klängen und Bildern, was Menschen dazu befähigt, andere Menschen und Gegenstände wiederzuerkennen sowie Gehör und Sprache zu integrieren

In den subkortikalen Strukturen befinden sich große Ansammlungen von Nervenzellen:

  • Die Basalganglien koordinieren und verfeinern unsere Bewegungen

  • Der Thalamus organisiert ganz allgemein die Übertragung von Sinneswahrnehmungen zu und von den äußersten Bereichen des Gehirns (Hirnrinde) und vermittelt eine allgemeine Sensibilisierung für Empfindungen wie Schmerz, Berührung und Temperatur

  • Der Hypothalamus koordiniert einige der mehr automatisch ablaufenden Körperfunktionen, wie Steuerung von Schlaf- und Wachzustand, Erhaltung der Körpertemperatur sowie Regulierung von Appetit und Durst und Steuerung der hormonellen Aktivität der benachbarten Hypophyse.

Das limbische System, eine andere subkortikale Struktur, beinhaltet Strukturen und Nervenfasern tief im Gehirn. Dieses System verbindet den Hypothalamus mit anderen Bereichen von Frontal- und Temporallappen, einschließlich des Hippocampus (Ammonshorn) und der Amygdala (Mandelkern). Das limbische System steuert das Erleben und Ausdrücken von Gefühlen sowie einige automatische Körperfunktionen. Dadurch, dass das limbische System Emotionen wie Angst, Wut, Freude und Trauer schafft, ermöglicht es den Menschen, sich auf Weisen zu verhalten, die Ihnen helfen zu kommunizieren und physische wie psychische Belastungen zu bewältigen. Der Hippocampus ist auch an der Speicherung von Erinnerungen und deren Abruf beteiligt, und seine Verschaltungen im gesamten limbischen System helfen dabei, Erinnerungen mit den Emotionen zu verknüpfen, die bei der Speicherung dieser Erinnerungen empfunden wurden. Dank des limbischen Systems sind emotional gefärbte Erinnerungen leichter abzurufen als solche ohne emotionale Färbung.

Stammhirn

Das Stammhirn verbindet das Großhirn (Zerebrum) mit dem Rückenmark. Es verfügt über ein System von Nervenzellen und -fasern (das sogenannte aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem), das tief im oberen Teil des Stammhirns liegt. Dieses System steuert Ebenen des Bewusstseins und der Aufmerksamkeit. Es enthält auch viele der Nervenzellgruppen, die die Bewegung der Augen, des Gesichts, des Kiefers und der Zunge kontrollieren, unter anderem Kauen und Schlucken.

Darüber hinaus reguliert das Stammhirn automatisch lebenswichtige Körperfunktionen wie Atmung, Blutdruck und Herzschlag; zudem ist es an der Anpassung der Körperhaltung und am Gleichgewicht beteiligt. Im Fall schwerer Beschädigung des gesamten Stammhirns geht das Bewusstsein verloren und diese automatischen Körperfunktionen werden eingestellt. Bald darauf tritt der Tod ein. Wenn das Stammhirn jedoch intakt bleibt, kann der Körper am Leben bleiben, auch dann, wenn schwere Schädigungen des Großhirns Bewusstsein, Denken und Bewegungen unmöglich machen.

Cerebellum

Das Cerebellum (Kleinhirn) liegt unterhalb des Großhirns, genau über dem Hirnstamm, und koordiniert die Körperbewegungen. Mithilfe von Informationen, die es von der Großhirnrinde und den Basalganglien über die Position der Gliedmaßen erhält, hilft das Kleinhirn den Gliedmaßen, sich geschmeidig und exakt zu bewegen. Dies tut es, indem es Muskelspannung und -haltung ständig anpasst.

Das Kleinhirn steht mit den sogenannten Nuclei vestibulares (Hirnnervenkernen für die Gleichgewichtswahrnehmung) im Stammhirn in Wechselwirkung, die mit den Gleichgewichtsorganen (Bogengängen) im Innenohr verbunden sind. Gemeinsam vermitteln diese Strukturen einen Gleichgewichtssinn und ermöglichen das aufrechte Gehen.

Das Kleinhirn speichert auch Erinnerungen an eingeübte Bewegungen und ermöglicht es dem Menschen, hoch koordinierte Bewegungen, wie die Pirouette einer Balletttänzerin, rasch und ausgeglichen auszuführen.

Meningen

Sowohl das Gehirn als auch das Rückenmark sind von drei Schichten von Hirnhäuten (Meningen) eingehüllt, die sie schützen:

  • Die dünne Pia mater ist die innerste Schicht, die an Gehirn und Rückenmark anliegt.

  • Die feine Spinnwebenhaut (Arachnoidea) ist die mittlere Schicht.

  • Die lederartige harte Hirnhaut (Dura mater) ist die äußerste und widerstandsfähigste Schicht.

Der Raum zwischen Arachnoidea und Pia mater (der Subarachnoidalraum) dient als Kanal für die Zerebrospinalflüssigkeit (Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit), die zum Schutz von Gehirn und Rückenmark beiträgt.

Die Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit hilft, das Gehirn gegen plötzliche Erschütterungen und leichte Verletzungen zu polstern. Außerdem entfernt sie Abfallprodukte aus dem Gehirn. Sie gelangt außerhalb der Blutgefäße ins Gehirn und fließt über die Oberfläche des Gehirns zwischen den Hirnhäuten. Die Flüssigkeit wird von den Stützzellen (Gliazellen) aufgenommen und im ganzen Gehirn verteilt und füllt seine Innenräume (die vier Hirnventrikel). Letztendlich fließt die Flüssigkeit in die Blutgefäße des Körpers. Auf ihrem Weg durch das Gehirn entfernt die Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit ausgeschiedene Eiweiße und andere Abfallprodukte aus dem Gewebe. Dies geschieht hauptsächlich im Schlaf, was dessen Bedeutung noch unterstreicht.

Gehirn und Hirnhäute liegen gut geschützt in einer robusten knochigen Schale, dem Schädel. Das Rückenmark ist am unteren Bereich des Stammhirns mit dem Gehirn verbunden.

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