Das Gehirn ist ein Teil des Zentralnervensystems, der bei Wirbeltieren im Schädel liegt. Beim Menschen ist das Gehirn eine etwa 1,3 Kilogramm schwere Masse aus rosa-grauem Gewebe. Es besteht aus ungefähr zehn Milliarden Nervenzellen, die untereinander verknüpft sind und gemeinsam alle geistigen Funktionen steuern. Neben den Nervenzellen (Neuronen) enthält das Gehirn auch Stützzellen (Gliazellen), Blutgefäße und Organe, die Substanzen ausscheiden. Das Gehirn ist die Steuerzentrale für Bewegungen, Schlaf, Hunger, Durst und praktisch alle anderen Lebensfunktionen, ohne die der Organismus nicht existieren kann. Hier entstehen alle menschlichen Gefühle wie Liebe, Hass, Angst, Freude und Trauer. Außerdem empfängt und interpretiert das Gehirn die unzähligen Signale, die es über die Nerven von anderen Körperteilen und aus der Umgebung erhält.
Anatomischer Aufbau
Bei äußerlicher Betrachtung erkennt man, dass das Gehirn aus drei untereinander verbundenen Teilbereichen besteht: Großhirn, Kleinhirn und Hirnstamm. Als Hirnstamm bezeichnet man in der Regel alle Strukturen zwischen dem Großhirn und dem Rückenmark, d. h. das Zwischenhirn, das Mittelhirn, die Gehirnbrücke und das verlängerte Mark. In der Embryonalentwicklung entstehen alle diese Teile aus dem Vorder-, Mittel- und Rautenhirn. Außerdem ist das Gehirn nicht nur durch die Schädelknochen gut geschützt, sondern zusätzlich noch von drei Hautschichten umgeben, den Hirnhäuten oder Meningen. Die äußere dieser drei Schutzhüllen, Dura mater oder harte Hirnhaut genannt, ist widerstandsfähig und glänzend. Die mittlere (Arachnoidea oder Spinngewebshaut) umschließt das Gehirn lose, erstreckt sich aber nicht in die Furchen der Gehirnoberfläche. Die innere Membran schließlich, die man Pia mater oder weiche Hirnhaut nennt, besteht vor allem aus kleinen Blutgefäßen, die mit der Gehirnoberfläche verbunden sind.
Großhirn-Kleinhirn
Das Gehirn selbst gliedert sich in verschiedene Teile mit unterschiedlichen Aufgaben. Das Großhirn macht etwa 80% der Gehirnmasse aus. Es ist durch eine Längsfurche in zwei Hälften geteilt, die jedoch mit den Balken verbunden sind. Hier haben unsere bewussten Erlebnisse und geistige Fähigkeiten ihren Platzt. Die Oberfläche des Großhirns, die Hirnrinde, ist durch viele Faltungen stark vergrößert. Sie besteht aus grauer Substanz, die von Zellkörpern der Nervenzelle gebildet wird. Darunter liegt die weiße Substanz. Diese besteht hauptsächlich aus Nervenfasern, die die Nervenzellen untereinander verbinden.auch der Balken besteht aus Nervenfasern. Im Hinterkopf befindet sich das Kleinhirn. Seine Oberfläche ist fein gefurchtet. Auf Befehl des Großhirns steuert er alle bewussten und unbewussten Bewegungen. So hält es beispielsweise den Körper dauernd im Gleichgewicht. Es ist auch dafür verantwortlich, dass einmal gelernte Bewegungsabläufe wie etwa das Radfahren später unbewusst durchgeführt werden können.
Stammhirn: Zwischenhirn, Mittelhirn und Verlängertes Mark
direkt unter dem Großhirn befindet sich das Stammhirn. Es besteht aus Zwischenhirn, Mittelhirn und dem Verlängertes Mark. Im Stammhirn wird die Tätigkeit der Organe gesteuert. Vom Verlängertem Mark werden Herzschlag, Blutdruck und die Atmung überwacht. Im Atemzentrum wird beispielsweise ständig kontrolliert ob sich im Blut noch genügend Sauerstoff befindet. Vom Verlängertem Mark gehen auch unwillkürliche Befehle wie das Schlucken, Husten und Niesen aus. Im Zwischenhirn werden die Informationen der Sinnesorgane bewertet und dann als Gefühle an das Großhirn weitergegeben. Hier entstehen auch Gefühle wie Hunger, Freude oder Angst. Am Rand des Zwischenhirns liegen zwei wichtige Hormondrüsen, die Hirnanhangsdrüse und die Zirbeldrüse.
Gehirnnerven
Auf der Gehirnunterseite entspringen zwölf Paare symmetrisch angeordneter Nerven. Sie laufen im Wesentlichen zu verschiedenen Teilen von Kopf und Hals und werden von vorn nach hinten durchnummeriert. Manche davon sind motorische Nerven, die Muskelbewegungen steuern, andere dienen der Sinneswahrnehmung. Einige enthalten sogar Fasern für sensorische und motorische Signale.
Funktionen der Großhirnrinde
Physiologen und Neurologen haben in der Großhirnrinde einzelne Felder eingegrenzt, die für Tätigkeiten wie Bewegung, Sinneswahrnehmung, Gedächtnis und andere kognitive Funktionen zuständig sind. Erste anatomische Studien führten zur Benennung der verschiedenen Lappen, Windungen und Furchen.
Die Großhirnrinde ist zwar durch Nervenfasern eng vernetzt, aber man kann einzelne Funktionsfelder unterscheiden. Das somatomotorische Feld z. B., das unmittelbar vor der Mittelfurche liegt, ist für fast alle willkürlichen Bewegungen der Muskulatur verantwortlich. Die Nervenzellen für die Bewegungen der Zellen liegen im oberen Teil der Furche, solche für den Gesichtsausdruck befinden sich im unteren Teil der Furche.
Unmittelbar hinter der mittleren Furche liegt das somatosensorische Feld, das Impulse von der Haut und den darunter liegenden Rezeptoren erhält. Hier werden Empfindungen wie Berührung und Geschmack weiterverarbeitet. Die Nervenzellen für die Empfindungseindrücke von den Zehen befinden sich wiederum auf der oberen Seite des Feldes, und diejenigen für das Gesicht liegen unten in der Windung. Das Hörfeld der Großhirnrinde, das für die akustische Wahrnehmung sorgt, liegt in der oberen Windung des Schläfenlappens, und die Sehrinde ist im Hinterhauptslappen lokalisiert. Der olfaktorische Bereich, der Geruchswahrnehmungen verarbeitet, befindet sich im vorderen inneren Abschnitt des Schläfenlappens. Ein besonderes Feld ist das Broca-Zentrum, das für die Sprache zuständig ist: Es liegt unmittelbar unter dem motorischen Feld und steuert beim Sprechen die Bewegungen von Mund und Rachen. Das Verstehen von Sprache ist dagegen die Aufgabe von Bereichen zwischen dem Seh- und Hörfeld.
Der in der Stirn liegende große Teil der menschlichen Hirnrinde ist der Sitz von Bewusstsein, Intelligenz und Gedächtnis. Wenn ein Sinneseindruck, beispielsweise der Anblick eines unbekannten Gegenstandes, aufgenommen wurde, bleibt er für kurze Zeit oder auch länger als Erinnerung in den Nervenzellen des Gehirns gespeichert. Sieht man den Gegenstand ein zweites Mal, wird die Erinnerung abgerufen, und man erkennt den Gegenstand. Wie wirksam das Gedächtnis ist, kann man u. a. daran erkennen, dass ältere Menschen sich häufig an komplizierte Einzelheiten aus ihrer frühesten Kindheit erinnern können. Die Gehirnforschung beschäftigt sich heute sehr eingehend mit der Frage, mit welchen Mechanismen die Nervenzellen Erinnerungen speichern. Einer Theorie zufolge verändert sich in den Zellen der Gehirnrinde die Ribonucleinsäure, kurz RNA genannt, und durch diese Veränderung bleibt die Erinnerung in den Proteinen des Gehirns erhalten. Nach einer anderen Annahme werden im Gehirn bestimmte Peptide (kleine Proteinmoleküle) aktiviert, wenn ein Ereignis im Gedächtnis gespeichert wird. Eine dritte Theorie besagt, dass sich durch die Speicherung der Impulse die Neurotransmitter verändern; dies sind chemische Substanzen, die der Signalübertragung zwischen den Neuronen dienen.
Die beiden Hemisphären der Hirnrinde arbeiten normalerweise eng zusammen, aber jede von ihnen ist in ihren Aufgaben hochspezialisiert. Auffällig ist dabei, dass die Umwelt jeweils spiegelverkehrt in den Hirnhälften dargestellt wird. Eine Berührung auf der rechten Körperseite wird z. B. im linken somatosensorischen Feld wahrgenommen. Entsprechend werden Nervenzellen im linken motorischen Feld aktiviert, wenn man den rechten Arm hebt. Bei den meisten Menschen ist die linke Gehirnhälfte dominant: Dies korrespondiert mit der Tatsache, dass es erheblich mehr Rechts- als Linkshänder gibt. Wenn ein Teil des linken Schläfenlappens fehlt, ist die Fähigkeit, Sprache zu verstehen, beeinträchtigt. Ist der rechte Schläfenlappen geschädigt, kann der Betreffende keine Gegenstände erkennen. Ein allgemeiner Schaden in einer Gehirnhälfte führt zum Ausfall aller sensorischen und motorischen Funktionen auf der gegenüberliegenden Körperseite.
Gehirnverletzungen
Wer einen heftigen Schlag auf den Kopf bekommt, ist vielleicht benommen oder für kurze Zeit bewusstlos. Eine solche Verletzung, Gehirnerschütterung genannt, hinterlässt in der Regel keine bleibenden Schäden. Bei stärkerer Gewalteinwirkung können jedoch Blutungen und Schwellungen auftreten, zudem starke Kopfschmerzen, Schwindelgefühl, Lähmungen, Krampfanfälle oder eine vorübergehende Störung des Sehvermögens, je nachdem, welcher Gehirnbereich betroffen ist. Bakterielle Infektionen des Großhirns oder der Hirnhäute, aber auch Schwellungen des Gehirns oder anormale Wucherungen gesunden Gehirngewebes (Tumor) können den Schädelinnendruck ansteigen lassen, so dass es zu schwerwiegenden Schäden kommt. Tumore, die nahe der Gehirnoberfläche liegen, lassen sich meist durch einen chirurgischen Eingriff entfernen. Liegen sie tiefer, ist Bestrahlung oder Kühlung oft die einzige Behandlungsmethode.
Evolution
Die meisten niederen Lebensformen haben kein Gehirn, aber schon die einzellige Amöbe besitzt ein primitives Wahrnehmungssystem, mit dessen Hilfe sie schädliche Einflüsse meidet. Bei den Primaten, der am höchsten entwickelten Tiergruppe, zu der auch der Mensch gehört, entstand das Gehirn im Laufe einer langen Evolution. Aber auch alle anderen Wirbeltiere (Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere) besitzen ein Gehirn, das aus den gleichen Grundeinheiten besteht wie das Gehirn des Menschen: Rautenhirn, Mittelhirn und Vorderhirn.
Bei den niederen Wirbeltieren ist das Gehirn lang und schmal, und der Riechbereich ist stark ausgebildet. Bei Vögeln sind die Riechlappen kleiner, aber dafür sind die Sehzentren sehr groß und gut entwickelt. Bewegt man sich auf der Evolutionsleiter weiter nach oben, werden die Großhirnhälften immer größer; sie überdecken die Riechzentren und falten sich mit vielen Windungen und Furchen. Manche Strukturen, so das Kleinhirn, das für das Gleichgewicht sorgt, und das verlängerte Mark, das Atmung und Blutdruck steuert, haben bei niederen Wirbeltieren praktisch die gleichen Funktionen wie beim Menschen.
Die Größe des Gehirns sagt nichts über die Intelligenz aus. Ein geistig behinderter Mensch kann ein größeres Gehirn haben als ein Genie. Die Intelligenz scheint vielmehr von der Zahl und Art der Neuronen sowie von ihren Verknüpfungen abzuhängen.