Gehirn

Das Gehirn, lateinisch cerebrum und altgriechisch enképhalos genannt, ist der in der Schädelhöhle liegende Teil des Zentralnervensystems. Es wiegt etwa 1,3 Kilogramm und besteht hauptsächlich aus Nervengewebe. Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben, die von zahlreichen Blutgefässen für die Versorgung des Organs durchzogen sind. 

Aufbau

Das Gehirn lässt sich grob in vier Bereiche einteilen, denen bestimmte Funktionen zugeordnet werden: 

• Das Grosshirn ist mit rund 80 Prozent der Hirnmasse der grösste und am höchsten entwickelte Teil des Gehirns. Es besteht aus zwei Halbkugeln (Hemisphären), die in der Mitte durch einen Einschnitt getrennt sind. Die beiden Bereiche sind über einen dicken Nervenstrang und weitere kleine Verbindungen miteinander gekoppelt. Das gesamte Grosshirn wird von der Hirnrinde (Cortex) bedeckt, die etwa zwei bis vier Millimeter dick und stark gefaltet ist. Sie enthält fast drei Viertel aller Nervenzellen des Gehirns, insgesamt etwa 16 Milliarden Neuronen. Ihre Oberfläche lässt sich in vier Areale einteilen, die unterschiedliche Funktionen haben. In den sensorischen Feldern verarbeitet das Gehirn Wahrnehmungen wie Sehen, Riechen oder Berührungen. In den motorischen Feldern werden willkürliche Bewegungen koordiniert. Die assoziativen Felder sind für grosse Teile der Erinnerungsprozesse , sowie für das Hör- und Namensverständnis zuständig. Aufgaben der Gedankenfelder schliesslich sind höhere Denkvorgänge, Antriebe und Willensleistungen. 

• Unterhalb der Grosshirnrinde verlaufen die Fortsätze der Nervenzellen in Bündeln, die zu Nervenbahnen zusammengefasst werden. In diesem so genannten Grosshirnmark finden die Weiterleitung der Informationen und die Kommunikation der Nervenzellen untereinander statt. Ausserdem enthält das Grosshirn Nervenbahnen, die es mit anderen Teilen des zentralen und peripheren Nervensystems verbinden.

• Das Zwischenhirn befindet sich zwischen dem Grosshirn und dem Hirnstamm. Es hat unterschiedliche Aufgaben. Unter anderem werden hier sämtliche eingehenden Informationen gefiltert, bevor sie an das Grosshirn weitergeleitet werden. Damit wird dessen Überlastung vermieden. Das Zwischenhirn, das deshalb auch «Tor zum Bewusstsein» genannt wird, gliedert sich in mehrere Bereiche: 
• Im Thalamus (Hauptteil des Zwischenhirns) laufen alle Informationen der Sinnesorgane ausser denen des Geruchsinns zusammen. Hier wird entschieden, welche Sinneseindrücke in die Grosshirnrinde und damit ins Bewusstsein umgeleitet werden.

• Der sogenannte Hypothalamus ist mit der Hirnanhangdrüse (Hypophyse) verbunden, gemeinsam bilden sie das zentrale Bindeglied zwischen dem Hormon- und dem Nervensystem. Hier werden unter anderem die Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme, die Körpertemperatur, das Sexualverhalten und die Schlaf-Wach-Steuerung reguliert. 
• Der Subthalamus steuert vor allem die Grobmotorik und hat bewegungsfördernde und bewegungshemmende Funktionen. Der Epithalamus spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Steuerung des Tag-Nacht-Rhythmus. Hier befindet sich die Zirbeldrüse, die das schlafeinleitende Hormon Melatonin produziert. Auch der Pupillen- und der Speichelreflex werden vermutlich im Epithalamus gesteuert.

• Das Kleinhirn hat ebenso wie das Grosshirn zwei Hemisphären. Es befindet sich direkt an der Basis des Schädels. Das Kleinhirn ist unter anderem für die Feinmotorik, den Spracherwerb und das Gleichgewichtsgefühl zuständig.
• Der Hirnstamm ist aus stammesgeschichtlicher Sicht der älteste Teil des Gehirns und geht an der Schädelbasis in das Rückenmark über. Zum Hirnstamm gehört das Nachhirn, das zentrale Lebensfunktionen wie die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung steuert. Auch die Schlaf- und Traumphasen werden dort kontrolliert.

➔ Hier geht es zu einer interaktiven Grafik über die verschiedenen Bereiche des Gehirns und ihre Aufgaben

Gehirnleistung und Gehirnstoffwechsel

Das menschliche Gehirn besteht aus bis zu 100 Milliarden Nervenzellen, die über schätzungsweise eine Trillionen Synapsen miteinander verbunden sind. Die Informationsübertragung an den Synapsen geschieht durch elektrische und biochemische Signale. Damit das Gehirn uneingeschränkt funktioniert, müssen die Nervenzellen ständig Informationen verarbeiten und miteinander kommunizieren. 

Das erfordert eine grosse Aktivität des Stoffwechsels und einen sehr hohen Energiebedarf. Obwohl das Gehirn eines Erwachsenen nur zwei Prozent des Körpergewichts ausmacht, verbraucht es mit 20 Watt etwa 20 Prozent des gesamten Energiebedarfs des Körpers im Ruhezustand.

Nervenzellen gewinnen ihre Energie mithilfe von Sauerstoff aus der Verbrennung von Blutzucker (Glukose) und Milchsäure (Laktat). Bis zu 90 Prozent dieser Energie braucht das Gehirn für unbewusste und automatische Prozesse, etwa für die ständige Auswertung von optischen und akustischen Informationen oder für den Erhalt der Motorik und des Stoffwechsels. 

Um diese Aktivitäten aufrecht zu erhalten, benötigt das Gehirn eine stetige Zufuhr von mit Sauerstoff gesättigtem Blut. Wird diese Versorgung für nur wenige Sekunden unterbrochen, kommt es zu Ausfallerscheinungen wie Schwindelgefühl oder Bewusstlosigkeit. Eine längere Unterversorgung kann zu Hirnschäden führen. 

Wegen der hohen Stoffwechselaktivität im Gehirn fallen viele biochemische Abfallstoffe an, die beseitigt werden müssen. Manche dieser Stoffe, insbesondere fehlerhafte Proteine, können das Gehirn schädigen und sind unter anderem an der Entstehung einer Alzheimer-Demenz beteiligt.

Zuständig für die Abfallentsorgung im Gehirn ist ein erst 2012 entdecktes eigenständiges Kreislaufsystem. Eine entscheidende Rolle dabei spielen Stützzellen, die so genannten Gliazellen. Deshalb wird dieser dem Lymphsystem ähnelnde Stoffkreislauf Glymphatisches System genannt. 

Ein kleiner Teil der zwischen Schädeldecke und Gehirn fliessenden Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit gelangt dabei über die Gefässe in alle Bereiche des Gehirns, wird dort verteilt und fliesst mit den Abfallstoffen wieder zur Gehirnhaut und zum lymphatischen System ausserhalb des Gehirns.

➔ Hier finden Sie einen Artikel zum Glymphatischen System und seiner Bedeutung für Demenz

Fehlfunktionen und Schäden

Bei Krankheiten des Gehirns differenziert die medizinische Diagnostik grundsätzlich zwischen zwei Symptomarten. Bei neurologischen Symptomen ist ein bestimmtes Hirnareal betroffen, etwa die Muskelkontrolle oder das Hörzentrum. Kommt es zu einer Störung von übergeordneten Gehirnfunktionen, etwa des Bewusstseins oder der Stimmung, spricht die Medizin von psychiatrischen Symptomen. Nicht immer ist es aber möglich, diese beiden Störungen trennscharf zu unterscheiden.

Die häufigste Ursache für eine Schädigung des Gehirns sind Durchblutungsstörungen. Aufgrund seines hohen Energiebedarfs benötigt das Gehirn etwa 20 Prozent der gesamten Blutmenge, die im Körperkreislauf zirkuliert. Bei einer Mangelversorgung, etwa durch verstopfte Blutgefässe, Hirnblutungen oder Aussetzen des Herzschlags, kann es zum Absterben von Nervenzellen kommen. 

Auch Störungen der Signalübertragung zwischen den Nervenzellen oder Unregelmässigkeiten ihres Stoffwechsels können zu Erkrankungen des Gehirns führen. Bei Depressionen und Schizophrenie etwa ist die Kommunikation zwischen den Nervenzellen beeinträchtigt.

Bakterien oder Viren können das Gehirn ebenfalls schädigen, zum Beispiel durch eine Entzündung der Hirnhäute. Bei der Multiplen Sklerose wiederum löst das körpereigene Immunsystem neuronale Funktionsstörungen aus.

Links und Literatur

➔ John Medina, Brain Rules fürs Älterwerden – Lebensfroh, vital und geistig fit bleiben, Hogrefe

➔ Hier finden Sie einen Überblick über die Ursachen für Schädigungen des Gehirns