Neurobiologie
Nervensystem
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Das Gehirn ist die Steuerzentrale des Körpers. Hier erklären wir dir, wie es aufgebaut ist und welche Funktionen es übernimmt. Dein Gehirn hat heute keine Lust mehr auf Lesen? Kein Problem. Alles über das Thema erfährst du auch in einem kurzen Video !

Was ist das Gehirn?

Das Gehirn (auch Cerebrum oder Encephalon) übernimmt lebenswichtige Aufgaben, wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Aber es ist auch in komplexe Vorgänge wie das Lernen und Denken, das Abspeichern von Informationen oder das Verarbeiten verschiedener Sinneswahrnehmungen involviert.

Dazu müssen verschiedene Strukturen zusammenarbeiten. So lässt sich das Gehirn funktionell in vier größere Bereiche einteilen: Großhirn, Zwischenhirn, Kleinhirn und Stammhirn.

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Gehirn

Alle zusammen enthalten ungefähr 100 Milliarden miteinander verknüpfte Nervenzellen (Gehirnzellen) für die Reizverarbeitung. Über hin- und wegführende Nervenbahnen sind sie mit unserem gesamten Körper verbunden. Die Länge aller Nervenbahnen unseres Gehirns zusammen beträgt ungefähr 5,8 Mio. Kilometer. Das ist vergleichbar mit 145 Erdumrundungen!

Gehirn Aufbau

Das Gehirn befindet sich bei uns Menschen im Kopf, gut geschützt durch die knöcherne Schädeldecke. Im Bereich des Hinterkopfs geht das Gehirn in das Rückenmark über. Zusammen bilden Gehirn und Rückenmark das zentrale Nervensystem .

Ein Querschnitt des Gehirns zeigt, dass es aus mehreren Abschnitten aufgebaut ist:

  • Großhirn (Telencephalon)
  • Zwischenhirn (Diencephalon)
  • Kleinhirn (Cerebellum)
  • Hirnstamm (Truncus encephali): Mittelhirn (Mesencephalon), Brücke (Pons), verlängertes Mark (Medulla oblongata)
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Gehirn Anatomie

Hirnhäute 

Das Nervengewebe des Gehirns ist von drei verschiedenen Hirnhäuten (Meningen) geschützt, bevor es vom Schädel umgeben wird. Sie setzen sich außerhalb unseres Gehirns in den Rückenmarkshäuten fort. Es ergibt sich folgender Aufbau: 

  • Die äußerste Schicht bildet die harte Hirnhaut (Dura mater encephali). 
  • Die nachfolgende Spinnengewebshaut (Arachnoidea mater encephali) und die innerste zarte Hirnhaut (Pia mater encephali) bilden die weiche Hirnhaut. 
  • Zwischen den weichen Hirnhäuten befindet sich der Subarachnoidalraum
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Hirnhäute

Graue und weiße Substanz

Genau wie das Rückenmark, besteht das Gehirn aus zwei verschiedenen Gewebeanteilen. Das sind die graue Substanz und in die weiße Substanz. 

  • Die graue Substanz enthält alle Zellkörper der Nervenzellen. Bei Groß- und Kleinhirn bildet die graue Masse die umhüllende Rinde. Außerdem befindet sie sich in der weißen Substanz. Solche Bereiche werden dann als Kerngebiete bezeichnet.%hier wird nicht ganz eindeutig, was jetzt genau als Kerngebiete bezeichnet wird
  • Die weiße Substanz enthält die Nervenfasern, also die Axone der Nervenzellen. Die weiße Farbe entsteht im Gehirn durch die Gliazellen, welche die Nervenzellen umhüllen. 

Beim Gehirn befinden sich die Nervenzellkörper also vor allem in den äußeren Bereichen und die Axone liegen im inneren Teil des Gehirns. Dagegen befinden sich die Zellkörper im Rückenmark innen, umgeben von der weißen Substanz mit den Nervenbahnen.

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Graue und weiße Substanz

Großhirn

Das Großhirn ist, wie der Name schon sagt, das größte Gehirnareal. Um seine Oberfläche noch weiter zu vergrößern, ist es stark gefaltet. Es bildet viele Gehirnwindungen (Gyri), die durch Gräben (Sulci) voneinander getrennt sind. Daher sieht es aus wie eine Walnuss. 

Es lässt sich in zwei Hälften unterteilen – rechte und linke Hemisphäre – die durch eine Furche getrennt sind. Sie sind aber gleichzeitig durch einen Nervenstrang, den sogenannten Balken, wieder miteinander verbunden. 

Die Großhirnrinde bildet die Oberfläche des Großhirns. Darauf befinden sich 52 Rindenfelder, die nach verschiedenen Funktionen eingeteilt werden. Das sind Hirnareale mit verschiedenen Aufgaben, in denen die Nervenbahnen enden oder entspringen. Außerdem sind beide Hälften nach ihrem Aufbau in je fünf verschiedene Gehirnlappen zu unterteilen: 

  • Stirn- / Frontallappen: primär motorisches Rindenfeld (bewusste Bewegungen, Koordinationskontrolle) motorisches Sprachzentrum (Muskeln für das Sprechen)
  • Scheitel- / Parietallappen: primär sensorisches Rindenfeld (bewusste Wahrnehmungen von Muskeln und Haut)
  • Schläfen- / Temporallappen: Hörzentrum
  • Hinterhaupts- / Okzipitallappen: Sehzentrum
  • Insellappen: viele verschiedene Funktionen, z.B. Geruchs-, Geschmackssinn, Emotionen
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Großhirn Aufbau / Gehirn Funktionsbereiche

Zwischenhirn

Das Zwischenhirn liegt, wie der Name schon sagt, zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn. Die wichtigsten Bestandteile des Zwischenhirns sind Thalamus und Hypothalamus. 

Den Thalamus kannst du dir als „Tor zum Bewusstsein“ vorstellen. Seine Funktion ist die Sammlung fast aller Sinneswahrnehmungen und die Weiterleitung an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns. Er sortiert dadurch auch, welche Eindrücke aus der Umwelt wir bewusst wahrnehmen. 

Der Hypothalamus kontrolliert den Hormonhaushalt. Damit stellt er sozusagen die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen, wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist verbunden mit der Hypophyse. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn. Das bedeutet, dass sie verschiedene Hormone, wie zum Beispiel Wachstumshormone, herstellen kann. 

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Zwischenhirn

Kleinhirn

Das Kleinhirn liegt unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Genau wie das Großhirn, lässt sich auch das Kleinhirn in zwei Hemisphären einteilen. Zwischen den beiden Hälften liegt der Kleinhirnwurm. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich. Dazu gehören zum Beispiel Laufen oder Fahrrad fahren. 

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Kleinhirn

Hirnstamm

Der Hirnstamm bildet den untersten Teil des Gehirns. Eine weiter Unterteilung ist die, in Mittelhirn, Brücke und Nachhirn

Der Hirnstamm ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Zudem kontrolliert er automatische Abläufe, wie die Atmung oder den Herzschlag, und einige Reflexe, wie den Schluck- oder den Pupillenreflex. 

Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften. Das bedeutet: unsere linke Gehirnhälfte steuert die rechte Körperhälfte und die rechte Gehirnhälfte die linke Körperhälfte. 

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Hirnstamm

Wie funktioniert das Gehirn?

Das Gehirn übernimmt alle lebenswichtigen Funktionen unserer Körpers, wie die Atmung, den Kreislauf oder das Schlaf-Wach-Verhalten. Es verarbeitet aber auch alle Sinneseindrücke, wie Bilder, Geräusche oder Gerüche, und reagiert darauf. 

Dazu nimmt das Gehirn alle Informationen von den Organen und aus der Umwelt auf, speichert und verarbeitet sie. Auch komplexe Funktionen wie Denken, Lernen, Emotionen oder Handlungsabläufe werden dort gesteuert. Aufgrund unserer hohen Gehirnkapazität, also Leistungs- und Speicherfähigkeit, wird das Gehirn daher oft mit einem Computer verglichen. 

Das Gehirn ist also sehr komplex und übernimmt viele unterschiedliche Aufgaben. Daher gibt es viele verschiedene Gehirnregionen mit speziellen Aufgaben, die zusammen arbeiten müssen. Dazu sind die Nervenzellen des Gehirns durch Kontaktstellen – die Synapsen – miteinander verbunden. Nur mit ihrer Hilfe können Sinnes- und Nervenzellen Reize an das Gehirn vermitteln und das Gehirn kann darauf reagieren.

Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Der Prozess heißt auch neuronale oder synaptische Plastizität. Das beantwortet zum Beispiel die Frage „Wie lernt das Gehirn?“. Denn Lernfähigkeit kommt dadurch zustande, dass durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden. Dadurch können die Nervenzellen Erregungen dann effektiver weiterleiten.

Gehirn Entwicklung

Das Gehirn eines Embryos entwickelt sich etwa ab der vierten Schwangerschaftswoche. Dazu bilden sich aus dem vorderen Teil Neuralrohr drei bläschenförmige Erweiterungen aus. Bereits in dieser frühen Entwicklungsphase wird das Gehirn also in unterschiedliche Abschnitte eingeteilt. Aus den drei ersten Bläschen bilden sich das Vorder-, das Mittel- und das Rautenhirn. Im Laufe der Entwicklung gehen daraus dann weitere Hirnbläschen hervor, welche die restlichen Gehirnabschnitte bilden. Aus dem Vorderhirn entstehen dann das Großhirn und das Zwischenhirn, während sich das Rautenhirn weiterentwickelt zu dem verlängertem Mark, der Brücke und dem Kleinhirn. 

Blutversorgung Gehirn

Da der Energieverbrauch des Gehirns so hoch und der Stoffwechsel dort so aktiv ist, benötigt es sehr viel Sauerstoff und Glucose (Energielieferant). Denn obwohl das Gehirn nur 2% des Körpergewichts ausmacht, geht ungefähr ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs an das Gehirn. Daher ist eine gute Blutversorgung des Gehirns wichtig. 

Die Durchblutung des Gehirns läuft über zwei große, jeweils in Paaren angelegte Arterien ab. Seitlich am Hals entlang verläuft die innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der Halsschlagader (Arteria carotis communis) entspringt. Hinten am Hals liegt die Wirbelarterie (Arteria vertebralis), die durch das Hinterhauptsloch (Foramen magnum) durch die Schädeldecke ins Gehirn eintritt. 

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Blutversorgung Gehirn

Damit keine gefährlichen Stoffe wie Krankheitserreger oder Giftstoffe aus dem Blutkreislauf in das Nervensystem gelangen, gibt es eine Schranke. Die sogenannte Blut-Hirn-Schranke stellt eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen dar. Die selektive Barriere ermöglicht zudem das Eintreten nötiger Nährstoffe und das Austreten von Abfallstoffen aus dem Gehirn. 

Gehirn Krankheiten

Das Gehirn kann aber auch durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Am besten können Schädigungen durch ein Gehirn-MRT festgestellt werden. Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) wird der Kopf sozusagen gescannt und ein Bild erstellt. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten. Hier haben wir einige Beispiele für Erkrankungen, die auftreten können, aufgelistet: 

  • Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt. Dabei können Nervenzellen absterben und Lähmungen oder Sprachstörungen können die Folge sein. 
  • Gehirn Tumor: Es gibt gutartige und bösartige Hirntumore. Je nach Lage und Größe führen sie beispielsweise zu psychischen Veränderungen, Kopfschmerzen oder Sehstörungen. 
  • Demenz: Unter Demenz versteht man die Abnahme von Gedächtnis- und Denkleistungen. Eine Art der Demenz ist Alzheimer. Dabei kommt es zur Einlagerung von Proteinen im Gehirn, die zum Absterben von Nervenzellen führt. 
  • Parkinson: Bei Parkinson kommt es zum Absterben einer bestimmten Art von Nervenzellen im Gehirn. Dadurch herrscht eine geringere Konzentration des Botenstoffs Dopamin vor. Dadurch kommt es zu den typischen Symptomen wie Zittern, verlangsamte Bewegungen und Muskelsteife. 

Die hier genannten Erkrankungen treten also alle im ersten Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) – dem Gehirn – auf. Den zweiten Teil des ZNS bildet das Rückenmark. In unserem Video zum Rückenmark , erfährst du alles über seinen Aufbau, seine Funktion und mögliche Erkrankungen!

Zum Video: Rückenmark
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