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So funktioniert das Gehirn!

Das menschliche Gehirn ist wie ein Hochleistungscomputer. Etwa 100 Milliarden Nervenzellen und eine Billion weiterer Gliazellen bilden das zentrale Nervensystem des Gehirns.1 Neuronen sind die sprichwörtlichen grauen Zellen. Doch woraus bestehen diese und wie funktioniert das Gehirn überhaupt?

Das Wichtigste in Kürze
  • „Das menschliche Gehirn ist das komplizierteste Organ, das die Natur je hervorgebracht hat […]“2

  • Das Hirn ist wie ein Supercomputer, der jede Emotion und Bewegung steuert1

  • Innerhalb des Gehirns existieren viele Teile, die für verschiedene Körperfunktionen und -gefühle zuständig sind

  • Dabei spielen v.a. Neuronen (Nervenzellen)1 und Gliazellen eine überlebenswichtige Bedeutung

Das menschliche Gehirn von außen

Jeder Außeneindruck und jede Information werden im Körper an die richtigen Stellen (zurück-)geschickt. Denken, fühlen, Intelligenz – das ist das Gehirn.1 Es besteht zu ca. 60% aus Fett und 40% Wasser, Proteinen, Kohlenhydraten und Salz.3 Das Gehirn eines Menschen wiegt etwa 1,5 kg und wird klassischerweise gerne mit dem Aussehen einer Walnuss verglichen. Doch im Vergleich zur Walnuss enthält es keine Kerne, sondern etwa 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen) und eine Billion Gewebe-Stützzellen (Gliazellen3).1 Diese bilden das zentrale Nervensystem.4

Jedes Neuron empfängt Signale von anderen Gehirnzellen über die Dendriten (Äste am Ende eines Neurons), die sie verarbeiten und über weitere Signale vermitteln.2

Grob kann das Gehirn in fünf Teile unterteilt werden, die unten im Text genauer erläutert werden:

  • Großhirn/Endhirn (Cerebrum)5
  • Zwischenhirn (Diencephalon)6
  • Mittelhirn/Hirnstamm (Mesencephalon)7
  • Kleinhirn (Cerebellum)8
  • Nachhirn (Medulla oblongata)9

An das Gehirn angeschlossen ist das Rückenmark, das Nachrichten vom Gehirn an den Rest des Körpers überträgt.Rückenmark und Gehirn sind von Hirn- und Rückenmarkshäuten bzw. Hirnhäuten10 umschlossen, die in drei verschiedene Ebenen eingeteilt werden und vor äußeren Einflüssen schützen sollen.3

Das Gehirn verändert sich bis ins hohe Alter und kann trainiert werden, sei es für Konzentration oder gegen natürliche altersbedingte Vergesslichkeit. Ohne die sogenannte Neuroplastizität könnte das Gehirn tatsächlich nicht weiterlernen und Schäden irreparabel werden.2

 

Der Aufbau des Gehirns

Das Gehirn teilt sich auf in graue und weiße Zellen im zentralen Nervensystem. Graue Zellen befinden sich an den Rändern, während weiße Zellen innerhalb liegen.3

  1. Graue Zellen bestehen aus sogenannten Neuronen-Somas (Zellkörper11) und sind v.a. für Informationsempfang und -verarbeitung zuständig.3
  2. Weiße Zellen bestehen aus sogenannten Axonen (Fortsatz einer Nervenzelle, der elektrische Impulse vomZellkörper weiterleitet12), die von der Myelin-Schutzschicht umgeben sind und geben v.a. Informationen weiter.3
Definition und Unterschied zwischen Neuronen und Gliazellen
Neuronen/Nervenzellen:
  • Aufgebaut aus Körper, Dendriten (Ärmchen) und Axonen

  • Signalverarbeitung über chemische und elektrische Signale, Energieübertragung via Synapsen

  • Dendriten wirken wie Antennen und bekommen Nachrichten von anderen Nervenzellen, welche zum Zellinneren weitergeleitet werden, wo entschieden wird, ob sie nützlich sind

  • Ist dies der Fall, werden sie über die Axone an die Synapsen geleitet

Gliazellen:

        • Dies sind Zellen, die Neuronen mit Nährstoffen versorgen, schützen und strukturell unterstützen
        • Es gibt etwa 10–50-mal mehr Glia- als Nervenzellen
        • Sie sind die am häufigsten verantwortlichen Zellen bei Gehirntumoren13

Aufbau und Funktionen der Gehirnhälften

Das Großhirn/Endhirn: Das Großhirn besteht aus zwei Hälften, rechts und links, die mit Nervenfasern verbunden sind. Die rechte Hälfte ist meistens für räumliches und bildhaftes Denken zuständig, während die linke Gehirnhälfte Sprache und abstraktes Denken stärkt. Beide sind für die genau umgekehrte Seite des Körpers zuständig (bei Schlaganfällen z.B. dadurch erkennbar, dass die entgegengesetzte Seite der betroffenen Gehirnhälfte Lähmungen oder ähnliches davonträgt). Beide Hälften sind jeweils in Lappen unterteilt, die ebenso verschiedene Aufgaben wahrnehmen.1

Funktionen der Lappen im Großhirn
  • Stirn-/Frontallappen: Charakterzüge, Entscheidungsfähigkeit, Bewegungen

  • Scheitel-/Parietallappen: Sensorische und räumliche Prozesse

  • Hinterhaupts-/Okzipitallappen: Sehvermögen

  • Schläfen-/Temporallappen: Kurzzeitgedächtnis, Sprache, Rhythmusgefühl, Gerüche3

Weiterhin ist das Großhirn für Bewegungen und Sinneseindrücke zuständig, bewusste und unbewusste Handlungen, Gefühle, Sprache, Hören, Intelligenz und Gedächtnis.1 Durch die Großhirnrinde (Kortex) erhält das Gehirn das walnussartige Aussehen.2

Das Zwischenhirn: Das Zwischenhirn ist wichtig für die endokrine bzw. vegetative Steuerung und den Schlaf-Wach-Rhythmus.6

Mittelhirn/Hirnstamm: Das Mittelhirn leitet Informationen vom Gehirn zum Kleinhirn und dem Rückenmark weiter. Außerdem ist es verantwortlich für Augenbewegungen, Mimik, Atmung, Blutdruck und Herzschlag.

Kleinhirn: Das Kleinhirn dient der Bewegungskoordination und dem Gleichgewicht.1

Nachhirn: Das Nachhirn enthält wichtige Regulations- und Reflexzentren9 und ist essenziell zum Überleben eines jeden Menschen.3

Aufgaben des Gehirns
Weitere primäre Aufgaben des Gehirns verteilen sich hauptsächlich über die verschiedenen Teile des Hirns:
Thalamus Der Thalamus empfängt Signale und gibt diese an den Kortex (Hirnrinde) weiter. Sein Zustandsbereich ist Schmerzempfinden, Aufmerksam- und Wachsamkeit sowie das Gedächtnis.
Hypophyse Die Hypophyse kontrolliert andere Hormondrüsen und steuert sexuelle Entwicklung, Knochen- und Muskelwachstum, Stress. Die Hormondrüse steuert die Schilddrüse, Nebennieren, Eierstöcke und Testikel.
Limbisches System Das limbische System ist das Zentrum für Emotionen, Lernen und Erinnern. Dazu gehören:
• Amygdala: Emotionale Äußerungen, Wut, Freude, Sexualtrieb, Angstgefühle durch Erinnerungsabgleich und Aussenden von Nervenbotenstoffen sowie Stresshormonen und auch der bekannten „Fight-or-Flight-Response“
• Hippocampus: Dient als Arbeitsspeicher sowie wichtigste Stelle zwischen Kurz- und Langzeitgedächtnis, weil Erinnerungen vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis übernommen werden können. Hier entstehen lebenslänglich Neuronen, also Neurogenese, und er spielt eine große Rolle bei altersbedingtem Vergessen.
• Hypothalamus: Zuständig für das vegetative Nervensystem, das nicht willentlich gesteuerte Abläufe wie z.B. Atmung oder Schweißbildung reguliert, Hunger und Emotionen
• Gyrus Cinguli: Emotionale Bewertung von Schmerz
Zirbeldrüse Die Zirbeldrüse schüttet Melatonin aus und hilft so dem Schlaf-Wach-Rhythmus.
Basalganglien Die Basalganglien sind zuständig für die Bewegungskontrolle.

Fußnoten zur Tabelle: 3, 13,

Die 12 Hirnnerven

Im Gehirn befinden sich 12 Hirnnerven („cranial nerves“18), die sensorischen/motorischen Funktionen und autonomer Wahrnehmung dienen und das Gehirn mit verschiedenen Körperteilen verbinden:

  1. Olfaktorisch

  2. Optisch

  3. Okulomotorisch (Muskeln, Pupillen)

  4. Nervus trochlearis (innere Augenbewegungen)

  5. Nervus trigeminus (sensible und motorische Fasern für Gesicht, Nase, Mund und Kaumuskeln)

  6. Nervus abducens (äußere Augenbewegungen)

  7. Gesichtsnerv

  8. Nervus vestibulocochlearis (Hör- und Gleichgewichtsnerv)

  9. Nervus glossopharyngeus (Zunge und Rachen)

  10. Vagusnerv (Herzschlag, Verdauung)

  11. Nervus accessorius (Kopf- und Nackenbewegungen)

  12. Nervus hypoglossus (Zungenbewegungen)

Die Hirnnerven können auch für Erkrankungen und Störungen verantwortlich sein, z.B. Tumoren an der Schädelbasis oder Lähmungen.18

Die Blutversorgung des Gehirns

Das Gehirn benötigt durchgehende Stoffwechsel-Energie durch Sauerstoff und Nährstoffe bzw. Blutzucker, also Glukose.4 Dies geschieht durch ständige Durchblutung über je drei Hirnarterien auf beiden Gehirnhälften:

  • Vordere Arterie für Gewebe hinter Stirn und Scheitel
  • Mittlere Arterie für die Seite und innen liegende Gehirnbereiche
  • Hintere Arterie für Hinterkopf und unteren Bereich des Gehirns sowie Kleinhirn

Innerhalb des Gehirns sind alle drei Arterien durch Blutgefäße miteinander verbunden. Die Verbindung herrscht an vielen Stellen, um Durchblutungsstörungen zu umgehen. An den feinsten Ästen kann zwar Sauerstoff oder Blut für die Gehirnzellen abgezweigt werden, aber es passen keine weiteren Stoffe durch. Dies ist die sogenannte Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn vor Schadstoffen schützt. Ist das Blut verbraucht, fließt es durch die Gehirnvenen in große Blutgefäße (Sinusse) und anschließend in die Halsvenen ab.1

Mehr zum Thema

Wie wird Gehirnaktivität gemessen

Die Wissenschaft misst das Gehirn unter anderem mit der Magnetresonanztomografie (MRT).2 Damit werden die Fasersätze der Neuronen sichtbar. Ein funktionelles MRT zeigt aktive und nicht aktive Regionen des Gehirns, Probleme oder Ungleichheiten.19 Es lässt sich nicht messen, wie schnell das Gehirn einzelne Informationen verarbeitet. Aber die Informationsverarbeitungszeit als Reaktionszeit – wenn man etwas sieht und z.B. schnell darauf reagieren soll – liegt bei ca. 300 Millisekunden.20

Gehirn trainieren und unterstützen: So geht’s!

 

  • Regelmäßige Bewegung: Kombination aus aerobem Training28 und Kraftsport, da so mehrere Regionen des Gehirns gefördert werden.29 Falls Sie sich dafür (noch) nicht fit genug fühlen, sind bereits wenige Minuten Sport am Tag schon fördernd für Ihren Hippocampus.30
  • Gesunde Ernährung, Nahrungsergänzungsmittel und Antioxidantien
  • Keine Drogen, kein Alkohol
  • Gesunder Schlafrhythmus
  • Lebenslanges Lernen, z.B. von Sprachen29

 

FAQ

Um das Gehirn fit zu halten, empfiehlt sich grünes Gemüse (Grünkohl, Spinat, Brokkoli), Fisch mit Omega-3-Fetten, Beeren (Erdbeeren, Heidelbeeren), (grüner) Tee, Kaffee, Walnüsse31, Kurkuma, Kürbiskerne, dunkle Schokolade, Orangen und Eier32.

Im (REM-)Schlaf repariert das Gehirn Schäden, die z.B. während des Tages entstanden sein könnten.33

Bis zum 25. Lebensjahr wächst der Frontallappen des Gehirns. Erst dann ist das Gehirn vollständig ausgewachsen.34 Neue Gehirnzellen, also Neurogenese, entstehen jedoch bis ans Lebensende.

Quellenangabe