Gehirn

 

(= G.) [engl. brain; lat. cerebrum, gr. ἐγκέφαλον (enkephalon)], [BIO], bei Wirbeltieren und Mensch der innerhalb der Schädelkapsel gelegene Teil des Nervensystems. Während die Nerven vornehmlich zur Erregungsleitung dienen, übernimmt das G. die Aufgabe, die auf diesen Bahnen als bioelektrische Erregungen einlaufenden Informationen «sinnvoll» zu verknüpfen, zu verarbeiten und auf entspr. Bahnen resultierende Informationen auszugeben (einschließlich der bewusst erlebten Bewusstseins- und Erlebnisinhalte, die an das Funktionieren best. Hirnanteile gebunden sind, deren Wechselwirkung aber wiss. noch nicht geklärt ist). Zus. mit dem kaudal anschließenden Rückenmark, das zw. Nerven und G. vermittelt, bildet es das ZNS.

In der Keimesentwicklung wird das ZNS aus dem Ektoderm als ein einfaches stabförmiges Hohlorgan (Neuralrohr) angelegt, dessen vorderer Teil sich unter Bildung dreier Bläschen (primäres Vorder-, Mittel und Rautenhirn) und unter Verengung des Hohlraums der Hirnkammern bzw. Hirnventrikeln (ventriculus Ausbuchtung) zum G. entwickelt. Bei Würmern kommt es nur zur Anhäufung von Nervenzellen in der Kopfgegend, von denen die Nervenfortsätze ausgehen. Bei Insekten hat das Oberschlundganglion gehirnähnliche Größe und Form, eine bläschenartige Erweiterung findet sich erst bei den niedersten Wirbeltieren. Bei den höheren Wirbeltieren kommt es nach der primitiven Dreiteilung durch erneute Teilung von Vorder- und Rautenhirn zu fünf Abschnitten: Vorderhirn (Telencephalon), Zwischenhirn (Diencephalon) – bestehend aus Hypothalamus, Thalamus, Meta- und Epithalamus –, Mittelhirn (Mesencephalon), Hinterhirn (Metencephalon) und Nachhirn (Myelencephalon, verlängertes Mark, Medulla oblongata). Das Vorderhirn, bei niederen Wirbeltieren vornehmlich ein Riechhirn, differenziert sich bei den höheren Wirbeltieren zum Großhirn und überwölbt beim Menschen mit zwei Ausstülpungen (Hemisphären) oben und nach beiden Seiten als Großhirn (Cerebrum) das Zwischen- und Mittelhirn, sodass diese innerhalb des Großhirns zu liegen kommen (Abb. 1).

Das Großhirn ist beim Menschen zum Zentrum für alle Sinnesempfindungen und Willkürhandlungen geworden. Es gilt als Sitz des Bewusstseins, des Gedächtnisses und aller geistigen und seelischen Leistungen. Die äußere, mehrfach gefaltete, etwa 2,5 mm dicke Randzone, die Hirnrinde (Cortex cerebri) ist mit mächtigen Ganglienzellgruppen angefüllt und sieht daher grau aus: Graue Substanz, die insges. etwa 10 bis 14 Mrd. Zellen umfasst. Diese sind durch Assoziationsbahnen untereinander, durch Projektionsbahnen mit dem Rückenmark und der Peripherie verbunden (Abb. 2).

Diese Fasermassen des Gehirns erscheinen durch die Markhaltigkeit der Nervenfasern weißlich: Sie bilden die weiße Substanz. Graue und weiße Substanz werden als «Hirnmantel» (pallium) von den tieferen Kernen (Nucleus caudatus und putamen, zus. = Streifenhügel = Corpus striatum = Basalganglien) unterschieden. Die Faltungen des Hirnmantels führen an seiner Oberfläche zu charakteristischen Windungen (Gyri) und Furchen (Sulci). Durch die Zentralfurche (Sulcus centralis) und die Sylvische Furche (Fossa sylvii) sind in jeder Hirnhälfte ein Stirn-, Scheitel- und Schläfenlappen (Lobus frontalis, parietalis und temporalis) abgrenzbar sowie ferner dorsal ein Hinterhauptslappen (Lobus occipitalis). Die Hirnrinde zeigt deutlich eine Schichtung von versch. Zellarten, von denen die großen Pyramidenzellen, Ausgangspunkt der Pyramidenbahnen, die bekanntesten sind. In best. Arealen des Kortex befinden sich spezif. Projektionszentren für Muskelbewegungen (vordere Zentralwindung), Wahrnehmung von Empfindungen (hintere Zentralwindung) sowie für das Sprechen (motorisches Sprachzentrum, sensorisches Sprachzentrum), Hören und visuelle Wahrnehmung (Abb. 3).

Die beiden Großhirnhalbkugeln (Hemisphären) sind durch den Balken miteinander verbunden. Nach hinten, z. T. vom Großhirn überlagert, folgt das Kleinhirn (Cerebellum). Es dient der Koordination aller Bewegungen und der Aufrechterhaltung des statischen Gleichgewichts mithilfe der Informationsafferenzen vom statischen Organ (Ohr). Alle erregenden Zuflüsse in das Kleinhirn werden nach höchstens zwei Synapsen in Hemmung überführt. Es wird vermutet, dass dieses automatische «Löschen» v. a. für die Mitarbeit des Kleinhirns bei schnellen Bewegungen wichtig ist. Nach der Entfernung des Großhirnmantels und des Kleinhirns verbleibt der Hirnstamm (Abb. 4).

Im Thalamus [gr. thalamos Gemach, Höhle], dem paarigen dorsalen Kerngebiet des Zwischenhirns (Eintrittsstelle des «Sehnerven», der einschließlich der Retina Bestandteil des Gehirns ist; Sehbahn), sammeln sich alle sensorischen Bahnen, wo sie das letzte Mal vor den Projektionsfeldern der Großhirnrinde umgeschaltet werden, wo sie emot. (Emotionen) gefärbt werden, ehe sie dann im Großhirn zum Erlebnis («Wärme», «Ärger» u. a.) werden. Auch die elektrische Aktivität des Großhirns und damit auch die Aufmerksamkeits- und Wachheitsfunktionen werden vom Thalamus aus gesteuert (Aufmerksamkeit, Vigilanz (Wachsamkeit)). Der ventrale Teil des Zwischenhirns, der Hypothalamus, umfasst das höchste Zentrum des autonomen (vegetativen) NS. Hier vollzieht sich die Koordination und Integration der vegetativen Körperfunktionen sowie des Hormonhaushaltes (Hormone, Kohlehydratstoffwechsel, Wasser- und Salzhaushalt, Wärmegleichgewicht und Sexualfunktionen). Hier finden sich auch Zentren der motivationalen Bekräftigung (Hunger, Sexualität u. a.; Motivation). Indirekt über Kerne der Medulla werden auch Herzschlag und Atmung beeinflusst. Hier liegt auch das limbische System, das u. a. Teile des Hippocampus und des Großhirns umfasst, dem ebenfalls vegetativ emot. psych. Steuerfunktion zukommt. Zwei Anhänge des Hypothalamus, nach oben die Zirbeldrüse (Epiphyse), nach unten die Hypophyse, Drüsen mit innerer Sekretion, regeln Wachstum, Geschlechtsreife und Blutdruck in wechselseitiger Zusammenarbeit mit dem Zwischenhirn. In der Zirbeldrüse wurde vor Zeiten der «Sitz der Seele» vermutet. Die Hypophyse (Glandula pituitaria) ist zweigeteilt: Vorderlappen oder Adenohypophyse und Hinterlappen oder Neurohypophyse. Sechs bedeutsame Hormone werden von der Adenohypophyse abgegeben, zwei bedeutsame von der Neurohypophyse. Diese wird durch den Hypothalamus gesteuert. Mittelhirn, beim Menschen urtümlich geblieben, und Rautenhirn (Rhombencephalon) mit der Brücke (Pons) und der Medulla oblongata leiten zum Rückenmark über. Das Rautenhirn umfasst den größten Teil des unspezifischen Aktivierungszentrums, der Formatio reticularis. Das gesamte G. wird beim Menschen umgeben von den Hirnhäuten (Meninges). Am Schädel liegt die der Knochenhaut entspr. harte Hirnhaut (Dura mater). Darunter liegen die Flüssigkeit enthaltende polsternde Ader- oder Spinnwebenhaut (Arachnoides) und die weiche Hirnhaut (Pia mater, fromme Mutter, d. h., die Hirnhaut als ernährende Mutter des Gehirns), die dem Gehirn unmittelbar aufliegt und in alle Furchen eindringt.

Zerebrale Geschlechtsunterschiede: Sowohl in der Anatomie als auch in den Hirnfunktionen wurden in den letzten Jahren geschlechtsspezifische Unterschiede nachgewiesen. So sind die Hirne von Männern rund 15% größer (Pinel, 1997). Funktional ist der Grundwert der Stoffwechselaktivität bei Frauen im Gyrus cinguli (unter dem Corpus callosum) vergleichsweise eher höher, während dies bei Männern eher im Bereich der Temporallappens und des limbischen Systems der Fall ist. Derlei zerebrale Geschlechtsunterschiede werden offenbar durch die perinatale (kurz vor und nach der Geburt) Anwesenheit von Testosteron hormonell gesteuert. Seine Anwesenheit führt zur Entwicklung männlicher, seine Abwesenheit zur Entwicklung weiblicher Gehirnmerkmale, unabhängig von der genetischen Geschlechtsbestimmung.

Hirngröße und Oberflächenentfaltung wurden vielfach zur «geistigen Leistung» in Beziehung gebracht, allerdings ohne klare Gesetzmäßigkeit. Das Gehirn des Menschen mit 1300 bis 1800 g Gewicht ist weder überhaupt noch verhältnismäßig das größte: Hirngewicht beim Elefanten 5000 g. Hirngewicht zu Körpergewicht verhalten sich bei: Elefanten 1:560, Schimpansen 1:75, Menschen 1:35– 40, niederen Affen 1:15–26. Bsp. für Hirngewicht beim Menschen: Bismarck 1807 g, Kant 1650 g, Schiller 1580 g, Haeckel 1550 g, Helmholtz 1440 g, Liebig 1260 g, Anatole France 1017 g.

Gehirn, Abb. 1: Schematischer Aufbau des menschlichen Gehirns (Sagittalschnitt).
Gehirn, Abb. 2: Frontalschnitt des Gehirns auf Höhe des III. Ventrikels
Gehirn, Abb. 3: Schema funktionaler Hirnzentren der Großhirnrinde. 1 Motorisches Zentrum für Schlund, 2 Motorisches Zentrum für Kehlkopf, 3 Motorisches Zentrum für Zunge, Vokalisation, 4 Motorisches Zentrum für Gesichtsmuskulatur, 5 Motorisches Zentrum für Finger, Hand, 6 Motorisches Zentrum für Schulter, 7 Motorisches Zentrum für Rumpf, Hüfte, Bein.
Gehirn, Abb. 4: Schematisierte Darstellung der Teilbereiche des Hirnstamms.

Referenzen und vertiefende Literatur

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