Gehirn

Aus Schlauweb

Als Gehirn (Hirn, Cerebrum, Encephalon) bezeichnet man den im Kopf gelegenen Teil des Zentralnervensystems (ZNS) der Wirbeltiere. Es liegt geschützt in der Schädelhöhle und wird umhüllt von der Hirnhaut.

Funktion

Das Wirbeltier-Gehirn verarbeitet hochzentralisiert Sinneseindrücke und koordiniert komplexe Verhaltensweisen. Es ist somit der Hauptintegrationsort für alle überlebenswichtigen Informationen, die in einem Organismus verarbeitet werden.

Allerdings gelangt nicht jede Information bis zur Hirnrinde und damit zum Bewusstsein. Peripher liegende Nervengeflechte (Plexus) und zunächst Zentren im Hirnstamm dienen der unbewussten Vorverarbeitung von Signalen. Reflexbögen übernehmen Aufgaben, die mit höchster Tempo und ohne bewusste Weiterverarbeitung und verzögernde Einflussnahme ablaufen müssen. Auch beim Volk findet sich ein solches autonomes Nervensystem. Es dient der Koordinierung vegetativer Funktionen wie Atmung, Schaltschema (Herzfunktion), Nahrungsaufnahme, -verdauung und -abgabe, Flüssigkeitsaufnahme und -ausscheidung, sowie der Fortpflanzung. Die Regulation dieser Prozesse würde diejenigen Strukturen des Gehirns, die mit der bewussten Wahrnehmung beschäftigt sind, vollständig überfordern und damit blockieren.

Die Funktion des Gehirns basiert hauptsächlich auf der Wechselwirkung von stark vernetzten Neuronen über elektrische Impulse (siehe Neuronales Netz). Ein Mittel zur Analyse von Gehirnaktivitäten stellt daher die Messung der Gehirnströme mit Hilfe von eines EEG dar. Eine zusätzliche Methode der Messung ist das MEG.

Im Lauf der Evolution hat das Denkorgan höherer Tiere ein beachtliches Maß an Distinktion und inwendig Organisation erreicht (Zerebration). Die Struktur und – in geringerem Maß – die Größe des Gehirns können als Indiz für die Lernfähigkeit und Intelligenz eines Tieres herangezogen werden. Wiederum ist nicht das Organ allein zu Lernleistungen in der Lage, neuronale Plastizität findet sich auf so gut wie allen Hierarchiestufen des Nervensystems.

Angrenzend den Wirbeltieren aufweisen auch Tintenfische hochkomplexe Gehirne, die sie zu gezielten Tätigkeiten befähigen. Folglich Sinne bezeichnet man daher auch die Zentralstelle des Nervensystems verschiedener wirbelloser Tiere, etwa der Ringelwürmer oder aberInsekten, als Gehirn. Je nach Gehirn-Typ spricht man hier von Cerebralganglion, Oberschlundganglion etc..

Aufbau des Wirbeltiergehirns

(TID 508339)

• Prosencephalon (Vorderhirn)
  • Telencephalon (Endhirn)
    • Cortex
    • Basalganglien
    • Limbisches System
  • Diencephalon (Zwischenhirn)
    • Thalamus
    • Epithalamus
    • Subthalamus
    • Hypothalamus (mit dem Hypothalamus verbunden ist die Hypophyse)
    • Metathalamus
• Rhombencephalon (Rautenhirn)
  • Mesencephalon (Mittelhirn)
    • Tectum
    • Tegmentum
    • Crura cerebri
  • Metencephalon (Hinterhirn)
    • Cerebellum (Kleinhirn)
    • Pons
  • Myelencephalon
    • Medulla oblongata(Nachhirn)

• (Rückenmark)

Das menschliche Gehirn

Das menschliche Denkapparat ist (neben einfachen Nervensystemen einiger Würmer, sowie den Gehirnen von Mäusen, Ratten, sowie auch Katzen und Primaten) das am günstigsten untersuchte Denkapparat im Tierreich, gleichwohl sind noch verschiedene Fragen ungeklärt.

Zusammenfassung des Aufbaus des menschlichen Gehirns

Man unterscheidet vereinfacht 4 Hauptbereiche: 7u7zzh6z a) Das Großhirn ist in der Zentrum durch einen Einschnitt in zwei Halbkugeln (=Hemisphären) geteilt. Diese sind stark gefaltet oder auch gefurcht. Es besteht eine breite Verbindung zwischen den Hemisphären, welche auch Balken genannt wird - es handelt sich dabei um einen dicken Nervenstrang. Außerdem da sein noch zusätzliche kleinere Verbindungen.

Die 2-4mm dicke Oberfläche wird Großhirnrinde genannt. Sie enthält ca. 14 Tausend MillionenSomata von Nervenzellen. Dadurch erscheint sie grau und wird folglich auch graue Substanz genannt.

Auf ihr möglich machen sich die so genannten Rindenfelder lokalisieren. Man unterscheidet zwischen primären Feldern und Assoziationsfeldern. Erstere umwandeln ausschließlich Angaben einer Qualität. Diese sind entw78ujmh8eder Information über Wahrnehmungen (Empfindung, beispielsweise Sehen, Riechen, Berührung, etc.) oder über Bewegungen (einfache Bewegungen). Letztere stimmen verschiedene Funktionen aufeinander ab. Wichtig zu beachten ist, dass ein einzelnes Rindenfeld nicht alleine für eine Funktion zuständig ist, stattdessen dass das korrekte Zusammenspiel in einem Netz aus verschiedenen Nerven, die aus verschiedenen Feldern stammen, erst eine vollständige Funktion ermöglicht.

Zu den primären Feldern rechnet man z. B. den visuellen Cortex, auf dem die Projektionen der Sehbahn münden. Er liegt am hinteren Pol des Gehirns. Ein anderes Beispiel ist der auditorische Cortex, der der Weiterverarbeitung von akustischen Reizen dient und sich seitlich im Schläfenlappen befindet.

Assoziative Felder findet man beispielsweise im vorderen Teil des Gehirns. Diesen kommen Aufgaben wie Gedächtnis und höhere Denkvorgänge zu.

Die Position der Rindenfelder wurde durch Ausfälle (wie z.B. nach Schlaganfällen), Untersuchungen mit elektrischer Stimulation, mikroskopische und alternative Techniken bestimmt.

Im inneren des Großhirns befindet sich die weiße Substanz. In dieser verlaufen Axone, welche die einzelnen Teile des Großhirns mit anderen Teilen des Nervensystems verbindet.

b) Am Kleinhirn bewilligen sich im gleichen Sinne zwei Hemisphären unterscheiden. Zusätzlich grenzt man noch sonstige Teile ab. Es ist z.B. für Gleichgewicht, Bewegungen und deren Koordination verantwortlich. Bei Tieren ist das Kleinhirn oft relativ zum Großhirn stärker ausgeprägt als beim Menschen, speziell bei Tieren mit Flugvermögen oder bei schnipsen Räubern.

Nahe den automatisierten Bewegungsabläufen wird dem Kleinhirn auch eine Funktion beim unbewussten Aneignen zugeschrieben. Neuere Forschungen (2005) lizenzieren darauf schließen, dass es auch einen Anteil am Spracherwerb und dem sozialen Studieren hat.

c) Zum Zwischenhirn rechnet man 4 Teile:

1. Thalamus (oberer Teil)
2. Hypothalamus, der mit der Hypophyse (Hirnanhangdrüse)verbunden ist.
3. Subthalamus
4. Epithalamus

Der Thalamus ist der Mittler von sensiblen und motorischen Signalen zum und vom Großhirn. Bei ihm laufen alle Unterlagen der Sinnesorgane zusammen, und werden weiter Vermittelt. Hauptsächlich besteht der Sehhügel aus grauer Substanz. Der Hypothalamus steuert viele körperliche und psychische Lebensvorgänge und wird selbst zum Teil nerval über das vegetative Nervensystem und partiell hormonell über den Blutweg gesteuert. Hypothalamus und Hypophyse (wichtige Hormondrüse des Körpers, die über den Hypophysenstiel mit dem Hypothalamus verbunden ist) sind das zentrale Bindeglied zwischen dem Hormonsystem und dem Nervensystem. Das Zwischenhirn ist u. a. verantwortlich für die Schlaf-Wach-Steuerung, Schmerzempfindung und Temperaturregulation.

d) Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Bereich des Gehirns. Er bildet den untersten Gehirnabschnitt und besteht aus auf- und absteigenden Nervenfasern (Weiße Substanz) und aus Ansammlungen von Neuronen bzw. von Somata (Graue Substanz). Es besteht aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) sowie dem Nachhirn (auch verlängertes Mark = Medulla oblongata genannt, da es sich zwischen Brücke (Pons) und Rückenmark befindet). Der Hirnstamm verschaltet und verarbeitet eingehende Sinneseindrücke und ausgehende motorische Unterlagen und ist ferner für elementare und reflexartige Steuermechanismen zuständig.

Im Nachhirn gegen den Wind segeln sich die Nervenbahnen der beiden Körperhälften. Außerdem werden hier zig automatisch ablaufende Vorgänge wie Herzschlag, Atmung oder Stoffwechsel gesteuert. Ebenso befinden sich hier wichtige Reflexzentren, so dass wie Lidschluss-, Schluck-, Husten- und übrige Reflexe ausgelöst werden. Das untere Ende des Nachhirns schließt an das Rückenmark an.

Gehirne von Männern und Frauen

Durchschnittlich wiegt das Graue Zellen einer erwachsenen Frau 1245 g, eines erwachsenen Mannes 1375 g. Zwischen Mann und Frau sind hinsichtlich der Intelligenz trotz dieser Gewichtsunterschiede keine signifikanten Unterschiede festzustellen.

Grundsätzlich gibt es zig Unterschiede im Aufbau und Prinzip des Gehirns zwischen Männern und Frauen. Geschlechtshormone wie die Östrogene und Testosteron wirken nicht nur auf die Keimdrüsen, statt auf vielfältige Weise auf das Nervensystem als ganzes und Nervenzellen, Synapsen, Genexpression etc. im einzelnen wie auch während der Embryonalentwicklung, wie auch während Kindheit und Pubertät sowie im Erwachsenenalter. Beispiele dafür sind die im Vergleich zu Frauen bei jungen Männern vergrößerte Regio praeoptica im Hypothalamus. In letzter Zeit wurde mit modernen bildgebenden Verfahren gemessen, daß beim vorgestellten Drehen von dreidimensionalen Objekten bei Männern eine Gehirnregion erhöhte Aktivität zeigt, bei Frauen zwei.

In populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen sind in letzter Zeit die Begriffe System-Gehirn (S-Hirn) und Empathie-Gehirn (E-Hirn) aufgetaucht, wobei ersteres erstmal Männern und letzteres Frauen zugeschrieben wird.

Leistung des Gehirns

Das Graue Zellen ist ein sehr aktives Organ und hat einen enormen Sauerstoff- und Energiebedarf. Es macht etwa 2 % der Körpermasse aus, aber dennoch müssen etwa 20 % des Bluts (Herzminutenvolumen) vom Herzen ins Körperteil gepumpt werden. Da das Denkorgan nur äußerst geringe Speicherkapazitäten für Sauerstoff und Energie besitzt, führt schon ein kurzzeitiger Ausfall der Blutversorgung zu Hirnschäden.

Der historische Irrglaube, Genialität müsse am (nach dem Tode entnommenen) Organ erkennbar sein, ist so alt wie die Hirnerforschung und wird selbst in diesen Tagen noch gelegentlich fortgeführt. Der Sachbuchautor Michael Hagner lieferte u. a. qua der Hirnbesonderheiten vieler Persönlichkeiten wie Immanuel Kant, Vladimir Iljitsch Lenin oder aberAlbert Einstein nebenher eine Geschichte der Hirnforschung sowie themenbezogene Einblicke in die Kultur- und Sozialgeschichte der vergangenen drei Jahrhunderte. Nicht einige Hirnforscher gerieten dabei auch ins Fahrwasser nationalistischen und völkisch-rassistischen Denkens.

Oft werden Vergleiche zwischen der Leistungsfähigkeit eines Computers und der des menschlichen Gehirns angestellt. Seit das Hirn als Sitz kognitiver Leistung erkannt wurde, wurde es in der Literatur immer mit dem komplexesten verfügbaren technischen Apparat verglichen (Dampfmaschine, Telegraph). So versuchte man auch, aus der Arbeitsweise von Computern auf die Arbeitsweise des Gehirns zu schließen. Dieser Tage dagegen versucht man in der Neuroinformatik, die Arbeitsweise des Gehirns z. T. auf Computern nachzubilden[1] bzw. durch diese auf neue Ideen zur "intelligenten" Informationsverarbeitung zu kommen. Als Struktur für Denk- und Wissensproduktion liefert das Organ eine Architektur, die sich zur Nachahmung empfiehlt. Künstliche neuronale Netzwerke haben sich schon bei der Organisation künstlicher Intelligenzprozesse etabliert.

Konnektivität

Das menschliche Graue Zellen besitzt Schätzungen zu Folge ca. 100 Mrd. (10¹¹) Nervenzellen, welche durch ca. 100 Billionen (10¹⁴) Synapsen eng vereint verbunden sind. Das heißt, dass jedes Neuron im Schnitt mit 1000 anderen Neuronen verbunden ist und somit im Prinzip jedes beliebige Neuron von jedem Startneuron aus in höchstens 4 Schritten realisierbar ist. Allerdings gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Durchschnitt [2]. Ein Logische Grundlage der Organisation des Gehirns ist die topologische Abbildung (z.B. Retinotropie), d.h. was nebeneinander auf dem Körper liegt, wird im Organ in den zuständigen Arealen auch nebeneinander verarbeitet.

Die 12 Hauptnervenpaare des Gehirns

1. Nervus olfactorius - ermöglicht das Riechen
2. Nervus opticus - leitet optische Impulse
3. Nervus oculomotorius - versorgt 4 von 6 Muskeln, die das Auge bewegen, u.a. Funktionen
4. Nervus trochlearis - versorgt den oberen schrägen Augenmuskel
5. Nervus trigeminus - leitet u.a. Daten über Berührungen aus dem Gesichtsbereich
6. Nervus abducens - versorgt den seitliche Augenmuskel
7. Nervus facialis - ermöglicht u.a. mimische Bewegungen und Geschmackswahrnehmung
8. Nervus vestibulocochlearis (N. statoacusticus)- leitet Unterlagen aus dem Hör- und dem Gleichgewichtsorgan
9. Nervus glossopharyngeus - u.a. leitet er Daten (auch Geschmack) aus dem Schlundbereich und ermöglicht Bewegungen in diesem Bereich
10. Nervus vagus - Wahrnehmung und Bewegung -inklusive Drüsentätigkeit und Hormonausschüttung- von einem Teil der Gedärme
11. Nervus accessorius - ermöglicht Bewegung in zwei großen Muskeln des Halses und Kopfes
12. Nervus hypoglossus - ermöglicht Bewegungen der Zunge

Siehe auch

• Portal:Geist und Gehirn
• Geschichte der Hirnforschung
• Neuropsychologie
• Neurologie - Psychiatrie
• Konnektivität, Skalenfreiheit, Netzwerktheorie, Small World, Neuromorphe Chips, Valentin Braitenberg
• Gesellschaft für Gehirntraining e.V.
• Liquor cerebrospinalis – Nucleus (ZNS) – Neurowissenschaften – Kognitionswissenschaft – Hirnforschung
• Kino im Kopf – Blutversorgung des Gehirns – Hirn – Bregen

Literatur

• Olaf Breidbach: Die Materialisierung des Ichs: Zur Geschichte der Hirnforschung im 19. und 20. Jahrhundert. Frankfurt a.M.: Suhrkamp, 1997. (stw ; 1276). ISBN 3-518-28876-8
• Günter Gassen, Sabine Minol: Unbekanntes Wesen Gehirn. Darmstadt: Media Team Verlag, 2004. ISBN 3-932845-71-4
• Eccles, John C.: Wie das Selbst sein Gehirn steuert. Bundeshauptstadt / Heidelberg: Springer, 1994
• Michael Hagner: Geniale Gehirne. Zur Geschichte der Elitegehirnforschung. Göttingen: Wallstein, 2004. ISBN 3-8924-4649-0
• Sabine Perl, Verena Weimer, Hans Günter Gassen: Das Gehirn: Zwischen Perfektion und Katastrophe. Biologie in unserer Zeit 33(1), S. 36–44 (2003), ISSN 0045-205X

  (TID 190547)

• John von Neumann: Computer and the Brain. Yale University Press, 2000. ISBN 0300084730
• Richard F. Thompson: Das Gehirn : von der Nervenzelle zur Verhaltenssteuerung. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2001 (3. Aufl.) ISBN 3-8274-1080-0

Weblinks

(TID 222120)

(TID 223246)

• Brain Explorer - Schilderung des Gehirns, seiner Teile, Krankheiten und Funktionsstörungen mit vielen Abbildungen
• Das Gehirn aus psychologischer Perspektive aus Werner Stangls Arbeitsblättern

• Hirnforschung.de Täglich aktualisierter und allgemeinverständlicher Newsletter zum Gehirn
• Einfache Einführung in Bau und Funktion des Gehirnes mit vielen Bildern
• Über Gegenwart und Zukunft der Hirnforschung (Zeitschrift Gehirn&Geist)
• Der Mensch und die "Künstliche Intelligenz" - Philosophische Dissertation, die unter anderem auf die Gehirn/Geist-Probleme eingeht
• Wissenschaft.de: Extrem mutationsfreudige Gene ermöglichten nur beim Menschen eine extrem schnelle Entwicklung des Gehirns
• Wissenschaft.de: Dynamik der Hirnentwicklung wichtiger für die Intelligenz als Hirnvolumen
• Allen Brain Atlas (engl.) Angeschlossen Resource unterstützt durch eine 100 Mio. $ Stiftung des Philanthrophen Paul Allen
• The whole Brain Atlas Gehirnatlas mit CT-, MRT- und SPECT/PET-Aufnahmen von Patienten mit verschiedenen Gehirnerkrankungen
• The Plastinated Brain - Gehirnatlas der Universität Wien; gute Erläuterungen des anatomischen Aufbaus
• So wirklich wie die Wirklichkeit. Über Wahrnehmung und kognitive Weiterverarbeitung realer und medialer Ereignisse.
• Brain Tutor, Interaktives Lernprogramm zur Lehre vom Körper des Gehirns, Freeware
• Wie lernt das Gehirn?, Hausarbeit hinsichtlich "Wie lernt das Gehirn"
• Blue Brain Project, 3D Wiederaufbau einer kortikalen Säule mit Modellerstellung aller elektrischen Signale

Videos und DVDs

• Manfred Spitzer: Ein halbes Gehirn. RealVideo aus der BR-alpha-Reihe Geist und Gehirn. (ca. 15 Minuten)

  (TID 706416)

• Interessante DVD zu den Themen Denkapparat (E-Hirn, S-Hirn), Savant und Autismus
  Arte und Radio Bremen (ARD): Eine Reise in die mysteriöse Welt der Superbegabten in drei Teilen [3],
  1 - Gedächtnis Giganten, 2 - Der Einstein-Effekt, 3 - Der große Unterschied, TR-Verlagsunion, 2006, ISBN 3-8058-3772-0af:Brein

ar:دماغ bg:Главен мозък bm:Kunkolosɛmɛ bn:মস্তিষ্ক ca:Cervell cs:Mozek cy:Ymennydd da:Hjerne en:Brain eo:Cerbo es:Cerebro fa:مغز fi:Aivot fr:Cerveau he:מוח id:Otak io:Cerebro is:Heili it:Cervello ja:脳 ko:뇌 lt:Galvos smegenys mk:Черепен мозок nl:Hersenen no:Hjerne pl:Mózg pt:Cérebro ru:Мозг scn:Ciriveddu simple:Brain sk:Mozog sl:Možgani sv:Hjärna ta:மனித மூளை th:สมอง tr:Beyin uk:Головний мозок

(TID 7577)