Wie funktioniert das Gehirn?
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Das Gehirn ist nicht alles, aber ohne das Gehirn läuft nichts. Es ist die Steuerzentrale für lebenswichtige Abläufe im Körper. Das Gehirn besteht aus verschiedenen Teilen und Milliarden von vernetzten Nervenzellen. Lesen Sie hier, welche Funktionen die verschiedenen Teile haben und wie sie zusammenarbeiten.
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Wie funktioniert das Gehirn?
Als Gehirn wird der im Kopf gelegene Teil des zentralen Nervensystems bezeichnet. Das Gehirn ist in mehrere Bereiche gegliedert, die für verschiedene Funktionen zuständig sind. Es wiegt durchschnittlich zwischen 1300 und 1400 Gramm und benötigt große Mengen an Traubenzucker und Sauerstoff, etwa 20 Prozent des Gesamtverbrauchs des Körpers.
Das Gehirn gleicht einem extrem leistungsfähigen Rechenzentrum. Es verarbeitet Sinneseindrücke und steuert lebenswichtige Körperfunktionen und Verhaltensweisen. Auch das Gedächtnis und unser Bewusstsein sind hier verortet.
Im Gehirn befinden sich circa 86 Milliarden Nervenzellen, die über Kontaktstellen verknüpft sind und sich ununterbrochen miteinander austauschen. Das Netzwerk aller Nervenzellen verarbeitet Informationen. Hierfür werden Signale in komplexen Vorgängen ausgewertet und weitergeleitet.
Da die elektrischen Signale den Spalt zwischen zwei Kontaktstellen nicht überqueren können, sorgen hier chemische Botenstoffe für den Transport der Information. Geschädigte Nervenzellen können in den meisten Hirnbereichen nicht ersetzt werden. Deshalb muss das Gehirn besonders geschützt werden, denn Schäden, verursacht durch schwere Erschütterungen und Zellgifte wie Alkohol, sind meistens nicht umkehrbar. Gegen Erschütterungen ist das Gehirn durch den Schädelknochen, Hirnhäute und eine Flüssigkeitsschicht geschützt, die wie ein Stoßdämpfer wirkt.
Viele Prozesse, die im Gehirn ablaufen, sind bereits nachvollziehbar. Doch besonders vielschichtige Vorgänge, wie unser Bewusstsein, müssen noch weiter erforscht werden.
Wissen ist gesund
Das Gehirn steuert alle wichtigen Fähigkeiten des Menschen: was wir wahrnehmen und empfinden, was wir wissen und denken oder wie wir uns verhalten. Es stellt aber auch sicher, dass unsere Organe richtig arbeiten und steuert all unsere Bewegungen. Es nimmt Sinneseindrücke auf und verarbeitet sie. Außerdem speichert es Informationen im Gedächtnis und ruft sie bei Bedarf wieder ab. Für all diese Funktionen sind viele verschiedene Teile verantwortlich.
Wie ist das Gehirn aufgebaut?
Das Gehirn ist ein gigantisches Netzwerk von Nervenzellen. Dieses Netzwerk steuert all unsere Organe und Körperfunktionen. Man unterscheidet verschiedene Bereiche im Gehirn, wobei jeder Bereich auf bestimmte Aufgaben spezialisiert ist. Letztlich arbeiten aber all diese Bereiche zusammen.
Der Hirnstamm
Der Hirnstamm ist der älteste Gehirn-Teil in der Entwicklungsgeschichte des Menschen. Er verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark. Zum Hirnstamm werden drei Hirn-Abschnitte gerechnet: verlängertes Mark, Mittelhirn und Brücke. Der Hirnstamm ist u. a. für bestimmte Reflexe zuständig und kann Körperfunktionen wie Herzschlag, Atmung oder das Bewusstsein beeinflussen.
Durch den Hirnstamm verlaufen wichtige Nerven-Bahnen. Sie sorgen dafür, dass eingehende Sinneseindrücke aus dem Körper an das Großhirn weitergeleitet werden. Umgekehrt leiten sie auch Informationen vom Großhirn zu den Nervenzellen des Rückenmarks. Diese sind z. B. für Bewegung zuständig.
Außerdem regelt der Hirnstamm lebenswichtige Systeme wie Herzschlag, Atmung und Blutdruck. Auch wichtige Körperreflexe haben hier ihren Sitz. Dazu gehören z. B. Reflexe wie Schlucken, Niesen, Würgen oder Lidschluss-Reflex.
Das Zwischenhirn
Das Zwischenhirn ist für viele überlebenswichtige Empfindungen und Instinkte des Menschen verantwortlich. Hier werden zum Beispiel Durst und Hunger oder der Schlaf gesteuert. Auch an der Verarbeitung von Sinneseindrücken wie Sehen, Hören oder Tasten ist das Zwischenhirn beteiligt. Zum Zwischenhirn gehören unter anderem der Thalamus und der Hypothalamus.
Der Thalamus ist die wichtigste Schaltstation für Informationen aus den Sinnesorganen. Äußere Sinneseindrücke wie Sehen, Hören oder Tasten gehen hier ein. Hier werden sie verarbeitet und bewertet – jedoch, ohne dass sie uns bereits bewusst sind. Wichtige Informationen werden an das Großhirn weitergeleitet und dort bewusst gemacht. Der Thalamus ist also ein wichtiger Informationsfilter. Er sorgt dafür, dass das Großhirn und das Bewusstsein nicht von Signalen überflutet werden. Deshalb wird er auch das „Tor zum Bewusstsein“ genannt.
Der Hypothalamus regelt zahlreiche automatische Vorgänge im Körper. Dazu gehören die Körpertemperatur, Wasser- und Salz-Haushalt oder auch die Magen-Darm-Funktion. Er ist auch am Entstehen des Durst-, Hunger- und Sättigungs-Gefühls beteiligt. Gemeinsam mit der Hirn-Anhang-Drüse (Hypophyse) reguliert der Hypothalamus wichtige Hormone im Körper. Im Zusammenspiel mit anderen Gehirn-Bereichen ist der Hypothalamus auch für Gefühle zuständig, wie z. B. Wut, Aggression, Wohlbefinden und Zufriedenheit.
Schon gewusst?
Die linke Gehirnhälfte bewegt die rechte Körperseite!
Im Hirnstamm, genauer gesagt im verlängerten Mark, kreuzen sich viele Nerven-Fasern. So kommt es, dass die Nerven-Fasern aus der linken Hirnhälfte die Muskeln der rechten Körperhälfte mit Signalen versorgen und umgekehrt. Wenn bei einem Schlaganfall ein Bereich der linken Gehirnhälfte geschädigt ist, dann ist daher oft die rechte Körperhälfte von Ausfällen betroffen.
Das limbische System
Zum limbischen System gehören verschiedene Teile im Zentrum des Gehirns. Es spielt eine wichtige Rolle bei Gefühlen und triebgesteuertem Verhalten (z. B. essen oder trinken). Bei vielen psychischen Erkrankungen lassen sich Veränderungen in diesem Bereich des Gehirns feststellen.
Das Kleinhirn
Das Kleinhirn ist wichtig für das Gleichgewicht und die Koordination. Gemeinsam mit dem Großhirn steuert es die Muskeln und somit die Bewegungen. Außerdem sorgt es ganz wesentlich mit dafür, dass die Muskel-Spannung des Körpers erhalten bleibt. Während das Großhirn vorrangig für bewusste Bewegungen zuständig ist, steuert das Kleinhirn bereits gelernte Bewegungsabläufe. Hier werden bestimmte Bewegungsabfolgen wie Tanzschritte oder das Schalten beim Autofahren gespeichert. Wenn man diese Bewegungen eine gewisse Zeit gelernt hat, kann man sie direkt aus dem Kleinhirn abrufen, ohne dass man bewusst darüber nachdenken muss.
Das Großhirn
Das Großhirn ist der jüngste Gehirn-Teil in der Entwicklungsgeschichte des Menschen. Es ist zugleich der größte Teil des menschlichen Gehirns. Das Großhirn ermöglicht die sogenannten „höheren“ Hirnfunktionen, wie Motivation, Lernen, Denken oder Verstehen. Das Großhirn besteht aus der Großhirn-Rinde und dem Großhirn-Mark.
Die Großhirn-Rinde bedeckt die gesamte Oberfläche des Großhirns. Sie ist etwa 1,5 bis 4,5 Millimeter dick und enthält fast drei Viertel aller Nervenzellen des Gehirns. Hier gehen wichtige Sinneseindrücke ein. Sie werden sortiert, bewusst gemacht, gespeichert und sinnvoll miteinander verknüpft. Dadurch ist es dem Menschen möglich, zielgerichtet zu handeln. In der Großhirn-Rinde sitzen auch die Wahrnehmung und der Wille. Auch wesentliche Teile unseres Gedächtnisses liegen in der Großhirn-Rinde. Denken und Erinnern sind hier verankert, willentliche Bewegungen werden gesteuert. Die Großhirn-Rinde ist in verschiedene Unterbereiche, sogenannte Gehirn-Lappen, gegliedert. Sie werden entsprechend ihrer Lage Stirn-Lappen, Schläfen-Lappen, Scheitel-Lappen und Hinterkopf-Lappen genannt. In ihnen haben Nervenzellen mit ganz bestimmten Aufgaben ihren Sitz. Man kann heute schon sehr genau sagen, wo sich einzelne Funktionen befinden, z. B. das Farbsehen oder das räumliche Sehen, die Bewegungs-Steuerung von Fingern und Zehen, das Lesen oder das Sprechen.
Unterhalb der Großhirn-Rinde verlaufen die Fortsätze der Nervenzellen. Sie übertragen Informationen. Diesen inneren Teil des Großhirns nennt man auch Großhirn-Mark.
Unterhalb des Großhirns liegen auch die Basal-Ganglien. Das sind sehr dichte Verbünde von Nervenzellen. Sie spielen eine wichtige bei absichtlichen Bewegungen.
Demenz früh erkennen und behandeln
Demenz geht mit einer Schädigung des Gehirns einher, die weitreichende Folgen für das gesamte Denken und Handeln haben kann. Erfahren Sie hier, wie man eine Demenz erkennen kann, welche Formen es gibt und wie man sie behandeln kann.
Wie verarbeitet das Gehirn Informationen?
Manche vergleichen das Gehirn mit einem Hochleistungs-Computer. Es kann Reize aus der Umgebung und dem Körperinneren aufnehmen, Reaktionen und Verhalten steuern oder auch Wissen speichern und verarbeiten. Dies passiert mithilfe von Nerven-Zellen. Nerven-Zellen haben einen kleinen Körper und sehr lange, faden-artige Fortsätze. Man nennt sie Axone und Dendriten. Diese können sich durch das gesamte Gehirn ziehen. Über diese Ausläufer können Nerven-Zellen sich miteinander verbinden und kommunizieren. So stehen die verschiedenen Bereiche des Gehirns in Kontakt miteinander.
Nerven-Zellen tauschen Informationen an speziellen Verbindungs-Stellen aus. Man nennt diese Verbindungs-Stellen Synapsen. Synapsen befinden sich an den Axonen und Dendriten, aber auch am Körper der Nerven-Zellen selbst.
Nerven-Zellen besitzen oft unzählige solcher Synapsen. Dementsprechend kann eine einzelne Nerven-Zelle im Gehirn Tausende Kontakte mit anderen Nerven-Zellen aufbauen. Durch den wiederholten Informationsaustausch zwischen den Nerven-Zellen können sich die Verknüpfungen verstärken. Die Informationsübertragung ist dann einfacher und gelingt an diesen Stellen schneller.
Was unterscheidet das Gehirn des Menschen vom Menschenaffen?
Der Mensch besitzt – bezogen auf das Körpergewicht – das größte Gehirn unter den Säugetieren. Das Gehirn eines Gorillas beispielsweise, ein naher Verwandter des Menschen und deswegen auch in der Familie der Menschenaffen, ist gerade mal ein Viertel so groß wie das menschliche Gehirn. Und dies, obwohl ein Gorilla deutlich mehr wiegt und größer ist als ein Mensch. Vor allem das Großhirn ist beim Menschen deutlich besser ausgebildet als bei seinen haarigen Verwandten. Hier sitzen viele Nerven-Zellen, die eng miteinander vernetzt sind. Dadurch besitzt der Mensch auch die Fähigkeit des logischen Denkens.
Vernetzung: Was macht unser Gehirn leistungsfähig?
Je größer das Gehirn, umso intelligenter der Mensch? Das stimmt so nicht. Intelligenz hängt nicht so sehr von der Größe des Gehirns ab. Vielmehr ist entscheidend, wie gut die einzelnen Nerven-Zellen und Gehirn-Bereiche miteinander vernetzt sind. Die Haupt-Verbindungen im Gehirn entwickeln sich schon vor der Geburt. Aus der Gehirn-Forschung weiß man aber, dass sich neue Kontakte zwischen Nerven-Zellen über das gesamte Leben ausbilden. Auch alte Verknüpfungen können sich verändern. Dies geschieht vor allem dann, wenn die Nerven-Zellen intensiv genutzt werden, zum Beispiel durch Lernen und Erfahrung.
Quellen und Hinweise
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Azevedo L, Carvalho L, Grinberg J, Farfel R, Ferretti R, et al. Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. J Comp Neurol 2009; 513: 532–41.
Kolb B, Whishaw I, Campbell Teskey G. An Introduction to brain and behavior. 5. Auflage. New York: Worth Publishers, 2016.
Thompson R. Das Gehirn: Von der Nervenzelle zur Verhaltenssteuerung. Heidelberg, Berlin: Springer Verlag, 3. Auflage 2001 (Nachdruck 2016).
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Erstellt am: 08.07.2022