fbpx
Wikipedia

Gehirn

Funktion

Das Wirbeltier-Gehirn verarbeitet hochdifferenziert Sinneswahrnehmungen und koordiniert komplexe Verhaltensweisen. Es ist somit der Speicher für die meisten komplexen Informationen, die der Organismus verarbeitet.

Nicht jede Information gelangt bis zur Hirnrinde und führt zu Bewusstsein. Peripher liegende Nervengeflechte (Plexus) und vor allem Zentren im Hirnstamm verarbeiten die meisten der von Rezeptoren ankommenden Erregungen unbewusst. Reflexbögen übernehmen Aufgaben, die mit höchster Geschwindigkeit und ohne bewusste Verarbeitung und verzögernde Einflussnahme erledigt werden. Beim Menschen gibt es ebenfalls ein solches autonomes Nervensystem. Es koordiniert vegetative Funktionen wie Atmung, Herzkreislauf, Nahrungsaufnahme, -verdauung und -abgabe, Flüssigkeitsaufnahme und -ausscheidung sowie Fortpflanzung.

Im Gehirn interagieren stark vernetzte Neuronen (siehe Neuronales Netz und Erregungsleitung). Seine Tätigkeit wird in vivo durch die Messung der Gehirnströme per Elektroenzephalografie (EEG) und der vom Gehirn produzierten elektrischen Felder per Magnetoenzephalographie (MEG) untersucht.

Evolution

Im Lauf der Evolution hat das Gehirn „höherer“ Tiere ein beachtliches Maß an Differenzierung und innerer Organisation erreicht (Zerebralisation). Das spiegelt sich in der psychischen und körperlichen Entwicklung des Einzelnen wider (siehe Embryologie). Die Struktur und – in geringerem Maß – das Volumen des Gehirns korrelieren mit Lernfähigkeit und Intelligenz. Erst in der Hierarchie des Nervensystems ist die Leistung des Gehirns verständlich.

Neben den Wirbeltieren besitzen Tintenfische hochkomplexe Gehirne, die sie zu gezielten Tätigkeiten befähigen. Im weiteren Sinne ist es die Zentralstelle des Nervensystems verschiedener wirbelloser Tiere, etwa Ringelwürmern oder Insekten. Je nach Gehirntyp handelt es sich um ein Cerebralganglion oder ein Oberschlundganglion. Zwei Gruppen wirbelloser Tiere haben besonders komplizierte Gehirne: Gliederfüßer (Insekten, Krebstiere, und andere), und Kopffüßer (Kraken, Tintenfische, und ähnliche Weichtiere). Die Gehirne der Gliederfüßer und der Kopffüßer gehen aus zwei nebeneinander liegenden Nervensträngen hervor. Kopffüßer wie der Krake und der Tintenfisch haben die größten Gehirne aller wirbellosen Tiere.

Gehirn eines Rehbocks ca. zwei Stunden nach Erlegung

Das hochentwickelte Gehirn von Wirbeltieren unterscheidet sich deutlich vom Strickleiternervensystem der Gliederfüßer. Bei Insekten zieht sich der Verdauungstrakt direkt durch das vordere Nervensystem (zwischen Tritocerebrum und subösophagealem Ganglion), sodass die Bauchganglien ventral (bauchseitig) des Darmrohrs liegen, während bei Wirbeltieren das Rückenmark dorsal (rückenseitig) des Darms liegt.

Gliederung

Für eine Gliederung des Gehirns können unterschiedliche Kriterien maßgeblich sein, sodass verschiedene Einteilungen in Hirnbereiche möglich sind, die sich nicht gegenseitig ausschließen müssen. Für eine Gliederung des ausgewachsenen menschlichen Gehirns kann es auch durchaus sinnvoll sein, die aus der Untersuchung seiner Entwicklungsschritte gewonnenen Erkenntnisse zu berücksichtigen.

Beispielsweise zeigen sich in der ontogenetischen Gehirnentwicklung beim Menschen nach der Neurulation der zentralen Anteile der Neuralplatte zum Neuralrohr als der frühen embryonalen Anlage des Zentralnervensystems im weiteren Verlauf aufeinander folgende Stadien bei der Ausbildung des Gehirns. So bilden sich nach Schluss der vorderen Neuralrohröffnung Ende der vierten Entwicklungswoche zunächst drei sogenannte primäre Hirnbläschen aus dem vorderen Neuralrohrdrittel, die Anlagen von Prosencephalon, Mesencephalon und Rhombencephalon. Sie entwickeln sich verschieden, sodass sich beim über fünf Wochen alten Embryo fünf sekundäre Hirnbläschen unterscheiden lassen – diese führen zur Gliederung des Gehirns in fünf Hauptabschnitte: Telencephalon (Endhirn), Diencephalon (Zwischenhirn), Mesencephalon (Mittelhirn), Metencephalon (Hinterhirn) und Myelencephalon (Markhirn).

4. Woche 5. Woche 6. Woche – Lebensende Ventrikelsystem
Gehirn vorderes
Neuralrohr
Prosencephalon
Vorderhirn
Telencephalon
Endhirn
Seitenventrikel

Rhinencephalon, Amygdala, Hippocampus, Neocortex, Basalganglien

Diencephalon
Zwischenhirn
Dritter Ventrikel

Thalamus dorsalis,
Thalamus ventralis (Subthalamus),
Metathalamus (mit Kniehöckern), Hypothalamus mit Neurohypophyse, Epithalamus mit Epiphyse

Mesencephalon
Mittelhirn
Mesencephalon
Mittelhirn
Aquaeductus mesencephali

Tectum (Dach),
Tegmentum (Haube)

Rhombencephalon
Rautenhirn
Metencephalon
Hinterhirn
Vierter Ventrikel Pons (Brücke),
Cerebellum (Kleinhirn)
Myelencephalon
Nachhirn
Zentralkanal Medulla oblongata
Verlängertes Mark

Die hier dargestellte Grobgliederung folgt dem Werk von Pinel.

MRT-Bild eines menschlichen Gehirns. Schnitt sagittal, die Nase ist links. Hier klicken für eine animierte Abfolge von Schnitten.

Grobe Unterteilung des menschlichen Gehirns:

Seitenansicht

Sicht auf die Schnittfläche des halbierten Gehirns (Schnittflächen ocker)

Sicht von unten

Die Länge aller Nervenbahnen des Gehirns eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 5,8 Millionen Kilometer, das entspricht dem 145-fachen Erdumfang.

Das Volumen eines menschlichen Gehirns liegt bei einem Mann bei durchschnittlich etwa 1,27 Litern, bei einer Frau bei etwa 1,13 Litern.

Aufbau

Es lassen sich vereinfacht vier Hauptbereiche unterscheiden.

Großhirn

Das Großhirn ist in der Mitte durch einen Einschnitt in zwei Halbkugeln (Hemisphären) geteilt. Zwischen diesen gibt es eine breite Verbindung aus einem dicken Nervenstrang, Corpus callosum oder Balken genannt, und weitere kleinere Verbindungen.

Seine 2–4 mm dicke Oberflächenschicht (Großhirnrinde, Cortex) ist stark gefaltet und fast einen Viertel Quadratmeter groß. Sie enthält etwa 16 Milliarden Nervenzellen, was etwa einem Fünftel der Nervenzellen des gesamten Gehirns entspricht. Unter der Rinde verlaufen Nervenfasern. Ansammlungen von Neuronen sind rosa, die myelinhaltigen Fasern weiß. Im toten Gehirn färben sich die Neuronen grau. Deshalb heißen sie, obwohl sie während des Lebens rosa sind, graue Substanz.

Auf der Rinde lassen sich die sogenannten Rindenfelder lokalisieren, unterschieden zwischen primären Feldern und Assoziationsfeldern. Die primären Felder verarbeiten nur Informationen einer bestimmten Qualität, solche über Wahrnehmungen (Empfindung, zum Beispiel Sehen, Riechen, Berührung) oder über einfache Bewegungen. Die Assoziationsfelder stimmen verschiedene Funktionen aufeinander ab. Die Zuweisung eines Rindenfeldes zu einer bestimmten Funktion wird immer wieder definiert und relativiert. Erst das korrekte Zusammenspiel verschiedener Felder ermöglicht eine Funktion.

Zu den primären Feldern zählen zum Beispiel der visuelle Cortex, der am hinteren Pol des Gehirns liegt und auf dem die Projektionen der Sehbahn münden, und der auditorische Cortex, der der Verarbeitung akustischer Reize dient und seitlich im Schläfenlappen liegt.

Assoziative Felder finden sich unter anderem im vorderen Teil des Gehirns. Ihre Aufgaben sind zum Beispiel Gedächtnis und höhere Denkvorgänge.

Die Rindenfelder und ihre Funktionen können voneinander abgegrenzt werden, indem nach deren Ausfall (zum Beispiel durch Schlaganfall) die Tätigkeit des Patienten oder durch elektrische Stimulation, mikroskopische und andere Techniken das gesunde Gehirn untersucht wird. Neben der Großhirnrinde sind meist andere Hirnregionen an einer bestimmten Funktion beteiligt.

Zwischenhirn

Zum Zwischenhirn gehören vier Teile:

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

Der Thalamus ist der Vermittler sensorischer und motorischer Signale zum und vom Großhirn. Bei ihm laufen alle Informationen der Sinnesorgane zusammen und werden weiter vermittelt. Er besteht hauptsächlich aus grauer Substanz. Der Hypothalamus steuert zahlreiche körperliche und psychische Lebensvorgänge und wird selbst teils neuronal über das vegetative Nervensystem, teils 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 Hormon- und dem Nervensystem. Das Zwischenhirn ist beteiligt an der Schlaf-Wach-Steuerung (siehe ARAS, Schmerzempfindung, Temperaturregulation).

Kleinhirn

Am Kleinhirn lassen sich ebenfalls zwei Hemisphären unterscheiden. Zusätzlich werden weitere Teile abgegrenzt. Es ist zum Beispiel für Gleichgewicht und Bewegungen und deren Koordination verantwortlich. Bei Tieren ist es – im Vergleich zum Großhirn – oft stärker entwickelt als beim Menschen, insbesondere bei Arten mit Flugvermögen oder bei schnellen Räubern.

Außerdem wird dem Kleinhirn eine Funktion beim unbewussten Lernen zugeschrieben. Neuere Forschungen (2005) lassen darauf schließen, dass es am Spracherwerb und dem sozialen Lernen beteiligt ist.

Hirnstamm

Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns. Er bildet den untersten Gehirnabschnitt und besteht aus auf- und absteigenden Nervenfasern (Weiße Substanz) und Ansammlungen von Neuronen beziehungsweise von Somata (Graue Substanz), morphologisch aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) und dem Nachhirn (auch verlängertes Mark = Medulla oblongata genannt, da zwischen Rückenmark und Brücke gelegen). Der Hirnstamm verschaltet und verarbeitet eingehende Sinneseindrücke und ausgehende motorische Informationen und ist zudem für elementare und reflexartige Steuermechanismen zuständig.

Im Nachhirn kreuzen sich die Nervenbahnen der beiden Körperhälften. Außerdem werden hier viele automatisch ablaufende Vorgänge wie Herzschlag, Atmung oder Stoffwechsel gesteuert. Ebenso befinden sich hier wichtige Reflexzentren, die zum Beispiel Lidschluss-, Schluck-, Husten- und andere Reflexe auslösen. Das untere Ende des Nachhirns schließt an das Rückenmark an.

Gehirne von Männern und Frauen

Magnetresonanztomographie-Aufnahmen eines menschlichen Gehirns

Die Gehirne von Männern und Frauen unterscheiden sich in der Größe und im Aufbau. Durchschnittlich wiegt das Gehirn eines erwachsenen Mannes je nach Population etwa 1400 g. Bei gleicher Statur von Mann und Frau ist das Gehirn bei Männern durchschnittlich 100 g schwerer. Betrachtet man hingegen das Gewicht des Gehirns in Relation zum Körpergewicht, ist das Gehirn von Frauen durchschnittlich schwerer. Das absolute Hirngewicht hat keine große Bedeutung, wie das Beispiel Blauwal zeigt, dessen Gehirn je nach Größe ungefähr 7 kg wiegt. Nicht nur die Gesamtgehirngröße unterscheidet sich zwischen den Geschlechtern, sondern die relative Größe verschiedener Gehirnareale. Am besten erforscht sind hierbei der Hippocampus und die Amygdala.

Der Hippocampus, in Form und Größe einem Seepferdchen ähnlich, ist für das Lernen und die Erinnerungen zuständig und hat bei Männern und Frauen unterschiedliche anatomische Strukturen und neurochemische Zusammensetzungen. Im Verhältnis zum Gesamthirn ist der Hippocampus bei der Frau größer. Beim Mann ist jedoch die CA1-Region größer und die Anzahl der Pyramidenzellen erhöht. Des Weiteren bestehen eine unterschiedliche Rezeptor-Affinität für verschiedene Neurotransmitter und Unterschiede in der Langzeitpotenzierung.
Die Amygdala spielt eine Rolle beim Reproduktionsverhalten und stellt das Gedächtnis für emotionale Ereignisse dar. Studien zeigten, dass es eine geschlechtsspezifische hemisphärische Lateralisation der Amygdalafunktionen in Beziehung auf die Erinnerung an emotionale Momente, bei der Reaktion auf glückliche Gesichter, bei der Verschaltung der Amygdala mit dem restlichen Gehirn sowie bei bestimmten Krankheiten, wie etwa der Depression, gibt. Bei Frauen ist die linke Gehirnhälfte involviert, bei Männern die rechte.
Auch sind die beiden Hirnhemisphären im Bezug auf Sprache und Raumvorstellung bei Männern tendenziell asymmetrischer organisiert, d. h. die Lateralisation des Gehirns ist ausgeprägter als bei Frauen, die wiederum größere Frontallappen haben.

Zur Entstehung dieses Dimorphismus gibt es verschiedene Theorien. Zum einen kommt alternatives Spleißen von mRNA in Frage. Zum Beispiel das Spleißen von Kanalproteinen, sodass deren Durchlässigkeit für Ionen verändert ist. Zum anderen sind epigenetische Kontrollmechanismen relevant. Hierzu zählen unter anderem die genomische Prägung und die Histonmodifikation. Zudem wird immer wieder die Frage gestellt, inwiefern die Umwelt Einfluss auf den Dimorphismus hat.

Ein anderer Erklärungsansatz ist folgender: Geschlechtshormone, wie Testosteron und die Östrogene, wirken nicht nur auf die Keimdrüsen, sondern in vielfältiger Weise auf das gesamte Nervensystem: auf Nervenzellen, Synapsen, Genexpression. Dies gilt für die Zeit der Embryonalentwicklung und während der Kindheit, der Pubertät und im Erwachsenenalter. So bewirken die Geschlechtshormone eine typische männliche beziehungsweise weibliche Entwicklung des Nervensystems. Dies wird zum Beispiel in der Regio praeoptica im Hypothalamus sichtbar, die bei jungen Männern im Vergleich zu Frauen vergrößert ist.

Ein entscheidender Faktor sind vermutlich die Barr-Körperchen, da viele X-chromosomale Gene in den neuronalen Prozessen der Gehirnentwicklung involviert sind. Die Barr-Körperchen entstehen durch zufällige Inaktivierung eines X-Chromosoms bei der Frau. Dies hat zur Folge, dass das weibliche Gewebe und die Organe, inklusive des Gehirns, ein Mosaik darstellen, da in jeder Zelle ein anderes Gen des polymorphen X-Gens exprimiert wird. Auch Ian W. Craig und andere Wissenschaftler vermuten, dass die Differenzen zum großen Teil auf die X-Inaktivierung zurückgehen. So wird heute meist angenommen, dass die unterschiedlichen Geschlechtschromosomen der wichtigste Grund für den Dimorphismus sind. Diese können auf zwei Arten die Entwicklung beeinflussen. Zum einen können die Genprodukte der Chromosomen direkt in den Zellen wirken, in denen sie exprimiert werden. Zum anderen bedingen die Gonosomen die Entwicklung der Gonaden, die die Geschlechtshormone bilden.

Im Rahmen einer bildgebenden Studie zur Geschlechtsidentität zeigten sich markante Unterschiede zwischen männlichen, weiblichen und transsexuellen Studienteilnehmern im Hinblick auf die Mikrostruktur der weißen Hirnsubstanz. Die Faserverläufe und damit die Struktur der Nervenverbindungen wiesen deutliche Unterschiede auf, bei denen die Ergebnisse der Transgenderpersonen zwischen denen von Männern und Frauen lagen. Dieselbe Studie lieferte Hinweise auf einen engen Zusammenhang zwischen den Faserverläufen und den Blutwerten von Geschlechtshormonen. Diese Befunde stützen die Annahme eines Einflusses der Geschlechtshormone auf die embryonale und frühkindliche Hirnentwicklung.

Leistung des Gehirns

Das Gehirn ist ein sehr aktives Organ mit einem besonders hohen Energiebedarf. Es macht beim Erwachsenen etwa 2 % der Körpermasse aus, verbraucht mit etwa 20 Watt etwa 20 % des Grundumsatzes, beim Neugeborenen 50 %. Energie gewinnt es aus der aeroben Verbrennung von Glucose, aus Laktat und Ketonkörpern. Glucose kann nicht vollständig durch die anderen Energieträger ersetzt werden. Säuglingsgehirne können unmittelbar nach der Geburt zu einem ganz erheblichen Anteil Ketonkörper zur Energiegewinnung nutzen. Einige Zeit nach Umstellung der Ernährung des Kleinkindes auf kohlenhydratreiche Nahrung wird die dafür erforderliche Enzymproduktion wieder reduziert oder ganz abgebaut und die Fähigkeit zur Ketolyse (zur Nutzung von Ketonkörpern für die Energiegewinnung) geht wieder verloren. Das Verhalten des Blutglucosespiegels im Hungerstoffwechsel lässt vermuten, dass ein vollständig ketolysefähiges Gehirn priorisiert Ketonkörper (vorrangig vor der Glucose, selbst bei ausreichender Glucosezufuhr über das Blut) verarbeitet.

90 % der Leistung benötigt die Natriumpumpe, größtenteils im Zusammenhang mit Aktionspotentialen. Da das Gehirn nur geringe, arealabhängige Speicherkapazitäten für Energie besitzt, führt ein Ausfall der Sauerstoff- oder Glucoseversorgung bereits nach zehn Sekunden zu einem Funktionsausfall (Synkope, Ohnmacht) und nach wenigen Minuten zu spezifischen Hirnschäden. Die geringen, auf den ersten Blick evolutionär unverständlichen Reservoirs werden manchmal durch Platzmangel erklärt. Gemäß einer anderen – evolutionären – Erklärung wich die Ernährungsweise der Menschen in der Altsteinzeit sehr stark von der heutigen Zivilisationskost ab, wodurch die Ketolysefähigkeit der damaligen Gehirne zu jedem Zeitpunkt auf natürliche Weise erhalten blieb. Dies wird so erklärt, dass der menschliche Organismus zwar zu viel aus Lebensmitteln aufgenommene Energie letztlich in den Körperfettdepots speichert – bei einer 70 kg schweren, gesunden, schlanken Person liegen 85 % der verwertbaren Körperenergien als Körperfett vor, 14,5 % als Proteine und nur 0,5 % als Kohlenhydrate – aus Fett jedoch kaum noch Glukose herstellen kann: Anteilig nur noch 6 % aus dem Glycerin der Triglyceride, in deren Form Fett im Organismus gespeichert wird. Einige Wissenschaftler nehmen an, dass die fettreichere Ernährung in der Altsteinzeit zum Wachstum des Gehirns des Menschen beitrug.

Mit der natürlichen Fähigkeit von menschlichen Gehirnen zur Ketolyse begründet sich die Wirksamkeit der ketogenen Diät bei Epilepsie, GLUT1-Defizit-Syndrom und anderen zerebralen Erkrankungen und der Hungerstoffwechsel.

Seit 1994 ist bekannt, dass die Nervenzellen über die Astrozyten bei Bedarf eine genau bemessene Energiemenge aus dem Blut erhalten, es ist der aktive Vorgang „Energy on Demand“. Die bedarfsabhängige Regulierung der Blutversorgung von Hirnarealen wird als Neurovaskuläre Kopplung bezeichnet.

Abfallentsorgung des Gehirns

Hauptartikel: Glymphatisches System

Durch den ungewöhnlich hohen durchschnittlichen Stoffwechsel im Gehirn besteht auch ein ungewöhnlich hoher Bedarf an biochemischer Abfallbeseitigung. Diese ist hier noch zusätzlich deshalb von erhöhter Bedeutung, da manche Stoffe, insbesondere fehlgefaltete Proteine, typische Gefährdungen des Gehirns beinhalten.

Erschwert wird die Abfallentsorgung im Gehirn durch die Filtersysteme der Blut-Hirn-Schranke und der Blut-Liquor-Schranke sowie die Aussperrung des lymphatischen Systems. Letzteres reicht von außen nur bis in die Hirnhaut.

Astrozyten (Sternzellen) der Glia und Anlagerung ihrer Fortsätze an einer Ader. Der Raum zwischen Ader und diesen Anlagerungen ist Teil des glymphatischen Transportweges.

Obwohl es schon seit den 1980er Jahren konkrete Anzeichen für die Existenz eines speziellen Ausschwemmungssystems im Gehirn gab, wurde es erst 2012 mit Hilfe neuartiger Nachweismethoden als eigenständiges internes Kreislaufsystem entdeckt. In Anlehnung an das lymphatische System und wegen der entscheidenden Rolle der Glia (Stützzellen) wurde es „Glymphatisches System“ genannt.

Durch sehr enge Gefäßräume rund um die Außenwand von Adern, den so genannten perivaskulären Raum (Spatium perivasculare), gelangt ein kleiner Teil der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) aus dem Zwischenraum zwischen Schädeldecke und Gehirn (Subarachnoidalraum oder äußerer Liquorraum) in alle Bereiche des Gehirns, wird mit Hilfe der Glia dort verteilt und fließt am Ende – unter Mitnahme von Abfallstoffen – wieder ab zur Gehirnhaut und zum lymphatischen System außerhalb des Gehirns.

Vergleich mit Computern

Oft werden Vergleiche zwischen der Leistungsfähigkeit eines Computers und der des menschlichen Gehirns angestellt. Seit das Gehirn als Sitz kognitiver Leistung erkannt wurde, wurde es in der Literatur immer mit dem komplexesten verfügbaren technischen Apparat verglichen (Dampfmaschine, Telegraph). So wurde versucht, aus der Funktionsweise von Computern auf die des Gehirns zu schließen. Mittlerweile besteht das Bemühen in der Computational Neuroscience und der bionischen Neuroinformatik, die Funktionsweise des Gehirns teilweise auf Computern nachzubilden oder dadurch auf neue Ideen zur „intelligenten“ Informationsverarbeitung zu kommen (siehe Blue Brain). Es ergibt sich die Perspektive, dass das Gehirn als Struktur für Denk- und Wissensproduktion eine Architektur liefert, die sich zur Nachahmung empfiehlt. Künstliche neuronale Netzwerke haben sich bereits bei der Organisation künstlicher Intelligenzprozesse etabliert.

Rechenleistung und Leistungsaufnahme

Bei Vergleichen mit modernen Computern zeigt sich die Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns. Während das Gehirn etwa 1013 analoge Rechenoperationen pro Sekunde schafft und dabei etwa 15 bis 20 Watt Leistung benötigt, schafft der Supercomputer BlueGene/L von IBM bis zu 3,6·1014 Gleitkommaoperationen pro Sekunde mit doppelter Genauigkeit, wozu jedoch etwa 1,2 Megawatt benötigt werden. Intels erster Teraflop-Chip Prototyp „Terascale“ mit 80 Prozessorkernen schafft hingegen etwa 1012 Gleitkommaoperationen mit einfacher Genauigkeit bei 85 Watt (oder 2·1012 Gleitkommaoperationen bei 190 Watt und 6,26 GHz), was immer noch dem 50- bis 5000-fachen Energiebedarf entspricht. Zwar erreichen moderne 3D-Grafikkarten vergleichbare Werte bei geringerem elektrischen Leistungsbedarf, Grafikchips sind jedoch stärker auf bestimmte Rechenvorgänge spezialisiert.

Es ist allerdings zu beachten, dass die hohe Rechenleistung des Gehirns vor allem durch seine vielen parallelen Verbindungen (Konnektivität) und nicht durch eine hohe Geschwindigkeit bei den einzelnen Rechenvorgängen (Taktfrequenz) erzielt wird. Künstliche Neuronen arbeiten 100.000-mal schneller als Neuronen des menschlichen Gehirns.

Speicher

Zusätzlich zur Parallelisierung stellt ein neuronales Netzwerk gleichzeitig eine Speicher- und eine Verarbeitungslogik dar, während diese bei Computern, die auf der Von-Neumann-Architektur basieren, getrennt sind. Dies bewirkt, dass in einem einfachen neuronalen Netzwerk mit jedem Taktzyklus der gesamte Speicher aktualisiert wird, während ein Computer den Inhalt des Speichers schrittweise aktualisieren muss.

Effizienz

Rechenvorgänge, die auf einem Computer effizient ablaufen, sind meistens nicht effizient in einem neuronalen Netzwerk abbildbar und umgekehrt. Aufgrund der Ineffizienz bestehender Computerarchitekturen für bestimmte Aufgaben, wie beim Sehen, werden neuronale Netzwerke, wie dasjenige des Neocortex, durch Neuromorphing nachgebildet.

Im März 2009 bildeten künstliche neuronale Netzwerke im Rahmen des FACETS-Projekts 200.000 künstliche Neuronen mit 50 Millionen künstlichen Synapsen auf einem einzelnen 8 Zoll (20,32 cm Diagonale) großen Computerchip ab. Im Juli 2014 stellte IBM TrueNorth vor, welcher 1 Million Neuronen und 256 Millionen Synapsen auf einem Chip mit einer TDP von 70 mW, oder 16 Millionen Neuronen mit 4 Milliarden Synapsen in einem einzelnen Rack integriert.

Das Modell des Hypothesengenies

Die Ansicht, das Gehirn als ein „Hypothesengenie“ oder eine „Vorhersagemaschine“ zu sehen, hatte bereits Hermann von Helmholtz, da andere Ansätze, das Gehirn künstlich nachzuempfinden, zu bisher unlösbaren Probleme führten und scheiterten. Der Ansatz geht davon aus, dass das Gehirn Hypothesen bildet und alle Eindrücke und Wahrnehmungen in die gespeicherten Muster einbaut und vergleicht. Wenn das Wahrgenommene nicht mehr auf die einzelne Hypothese passt, wird diese verworfen und nach Bedarf eine neue erstellt. Dies zeige sich klassisch bei der Interpretation von Kippfiguren.

Anzahl und Vernetzung der Nervenzellen

Während das Gehirn einer Ratte etwa 200 Millionen Neuronen enthält, besitzt das eines Menschen neueren Untersuchungen zufolge durchschnittlich etwa 86 Milliarden Nervenzellen. Davon liegen etwa 16 Milliarden Neuronen in der Großhirnrinde (Cortex cerebri), etwa 69 Milliarden im Kleinhirn (Cerebellum) und rund 1 Milliarde in den restlichen Hirnregionen (von Hirnstamm, Zwischenhirn und Basalganglien).

Miteinander verbunden sind Neuronen über Synapsen, im menschlichen Hirn geschätzt rund 100 Billionen, sodass durchschnittlich eine Nervenzelle mit 1000 anderen verbunden wäre und von jedem anderen Neuron aus in höchstens vier Schritten erreicht werden könnte. Doch gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Mittelwert, denn nicht die Dichte, sondern das Muster von neuronalen Verknüpfungen ist für neurale Funktionen entscheidend. Ein häufiges Organisationsprinzip des Gehirns ist die Abbildung von Nachbarschaftsverhältnissen: was nebeneinander im Körper liegt, wird in Hirnarealen oft nebeneinander repräsentiert (Somatotopie).

Obwohl ausschließlich die Nervenzellen Erregungen als neuronale Impulse leiten und an Synapsen über Neurotransmitter als Signal weitergeben, spielen die sie umgebenden Gliazellen dabei keine unwesentliche Rolle. Die insgesamt etwa ebenso häufigen, meist kleineren Gliazellen ermöglichen Nervenzellen eine rasche Erregungsleitung und störungsfreie Signalübertragung, nehmen ausgeschüttete Botenstoffe auf, sorgen für die Bereitstellung von Nährstoffen und sind an den physiologischen Barrieren der Blut-Hirn- und der Blut-Liquor-Schranke beteiligt. Im sich entwickelnden Gehirn, und in sich weiterentwickelnden Hirnregionen, nehmen sie Einfluss auf die Ausbildung, Stabilität und Gewichtung der synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen; bei Schädigungen peripherer Nerven bilden sie eine zur Wiederherstellung nötige Leitstruktur.

Die Konnektom-Forschung hat das Ziel, alle Verbindungen zwischen den Neuronen zu kartieren.

Die zwölf Hauptnervenpaare des Gehirns

Hauptartikel: Hirnnerv
  1. Nervus olfactorius – ermöglicht das Riechen
  2. Nervus opticus – leitet optische Impulse
  3. Nervus oculomotorius – innerviert vier von sechs Muskeln, die das Auge bewegen, und andere Funktionen bedienen
  4. Nervus trochlearis – versorgt den oberen schrägen Augenmuskel
  5. Nervus trigeminus – leitet unter anderem Informationen über Berührungen aus dem Gesichtsbereich, ermöglicht das Kauen
  6. Nervus abducens – versorgt den seitlichen Augenmuskel
  7. Nervus facialis – ermöglicht unter anderem mimische Bewegungen und Geschmackswahrnehmung
  8. Nervus vestibulocochlearis (N. statoacusticus) – leitet Informationen aus dem Hör- und dem Gleichgewichtsorgan
  9. Nervus glossopharyngeus – leitet unter anderem Informationen (wie den Geschmack) aus dem Schlundbereich und ermöglicht Bewegungen in diesem Bereich
  10. Nervus vagus – im Wesentlichen für die Wahrnehmung, Bewegung und vegetative Funktionen – inklusive Drüsentätigkeit und Hormonausschüttung
  11. Nervus accessorius – ermöglicht Bewegungen durch zwei große Muskeln des Halses und des Kopfes
  12. Nervus hypoglossus – ermöglicht Bewegungen der Zunge

Forschungsprojekte

Der ehemalige US-Präsident Barack Obama hat zu Beginn seiner zweiten Amtszeit Planungen für ein sehr großes Forschungsprojekt namens Brain Activity Map Project bekanntgegeben, im Zuge dessen das menschliche Gehirn komplett kartiert werden soll. Dies wäre das größte wissenschaftliche Vorhaben seit vielen Jahren (das letzte war das Human Genome Project). Experten hoffen auf Therapien gegen Alzheimer-Krankheit und Parkinson sowie auf Erkenntnisse über menschliches Denken und Fühlen. Erste Ansätze wurden im Juli 2012 in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlicht.

Das US-Projekt ist nicht mit dem Human Brain Project zu verwechseln, das im Februar 2013 durch die EU gestartet wurde. Eine Jury hatte die Erforschung des Gehirns ebenfalls als ein Schlüsselprojekt der Zukunft ausgewählt; gefördert wird es mit einer Milliarde Euro.

2008 wurden auf dem Gelände der University of York (England) die Überreste eines 2500 Jahre alten menschlichen Schädels gefunden, dessen Gehirn überwiegend erhalten ist. Forscher vermuten, dass das Gehirn des wahrscheinlich 26–45 Jahre alten Mannes unter anderem deswegen bis heute so gut erhalten blieb, weil der Kopf – ein Körper wurde nicht gefunden – seinerzeit unmittelbar nach dem Tod in nasser Lehmerde begraben wurde. Eine vollständige Klärung, warum das Gehirn nicht schon längst zerfallen ist, konnte bislang nicht gefunden werden.

Hirn als Rohstoff findet Verwendung bei der Fettgerbung.

Die Neurolinguistik untersucht, wie Sprache durch das Gehirn dargestellt, aufgearbeitet und erlernt wird.

Zu Gehirnerkrankungen siehe etwa Zentralnervensystem#Erkrankungen.

Portal: Geist und Gehirn – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Geist und Gehirn
Commons: Gehirn – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Wikibooks: Neuroanatomie – Lern- und Lehrmaterialien
Wiktionary: Gehirn – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Videos und DVDs
    • Tübinger Internet Multimedia Server der Eberhard Karls Universität Tübingen: Videos einer Vortragsreihe zum Thema Gehirn.
    • DVDs zur Veranschaulichung der Dissektion des menschlichen Gehirns:
      • Lennart Heimer, Gary W. van Hoesen, Michael Trimble, Daniel S. Zahm: Anatomy of Neuropsychiatry: The New Anatomy of the Basal Forebrain and Its Implications for Neuropsychiatric Illness. Academic Press, Amsterdam 2008, ISBN 978-0-12-374239-1.
      • Lennart Heimer: Dissection of the Human Brain. Sinauer Associates, 2008, ISBN 978-0-87893-327-3.
  • Deutsch
    • Informationsportal rund um das Gehirn
    • – Aufbau, Funktionen, Krankheiten des Gehirns, mit vielen Abbildungen (4 Sprachen)
    • Podcast über das Gehirn
  • Englisch
    • Gehirnatlas mit CT-, MRT- und SPECT/PET-Aufnahmen von Patienten mit verschiedenen Gehirnerkrankungen
    • Gehirne und Hirnschnitte vieler Säugetierarten mit weiterführenden Informationen
    • Online-Atlas mit Schwerpunkt Mäusegehirn, das Projekt wurde von Paul Allen finanziert
  1. hirn n.. In: Jacob Grimm, Wilhelm Grimm (Hrsg.): Deutsches Wörterbuch.Band10: H, I, J – (IV, 2. Abteilung). S. Hirzel, Leipzig 1877 ().
  2. Gesundheit.de, abgerufen am 8. Dezember 2020; dort eigentlich u. a. mit „Großhirn
  3. Duden/Bibliographisches Institut, 2020.
  4. Gesundheit.de, abgerufen am 8. Dezember 2020; dort auch noch mit „Encephalon“ und zudem im „Englisch[en]: encephalon“ geschrieben …
  5. Duden/Bibliographisches Institut, 2020.
  6. A. B. Butler: Chordate Evolution and the Origin of Craniates: An Old Brain in a New Head. In: Anatomical Record.Band261,Nr.3, 2000,S.111–125, doi:, .
  7. T. H. Bulloch, W. Kutch: The nervous systems of invertebrates: an evolutionary and comparative approach. Hrsg.: O. Breidbach. Birkhäuser, 1995, ISBN 3-7643-5076-8, Are the main grades of brains different principally in numbers of connections or also in quality?,S.439 ().
  8. John P. J. Pinel, Paul Pauli: Biopsychologie. 6., aktualisierte Auflage. Pearson Studium, München u. a. 2007, ISBN 978-3-8273-7217-8, S. 95.
  9. John S. Allen, Hanna Damasio, Thomas J. Grabowski: Normal neuroanatomical variation in the human brain: an MRI-volumetric study. In: American Journal of Physical Anthropology.Band118,Nr.4, 1. August 2002,S.341–358, doi:, .
  10. Frederico A. C. Azevedo, Ludmila R. B. Carvalho, Lea T. Grinberg, José Marcelo Farfel, Renata E. L. Ferretti: Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. In: The Journal of Comparative Neurology.Band513,Nr.5, 10. April 2009, ISSN ,S.532–541, doi:, ( [abgerufen am 11. Januar 2016]).
  11. J. P. Rushton, C. D. Ankney: Whole brain size and general mental ability: a review. In: Int J Neurosci.Band119,Nr.5, 2009,S.691–731, doi:, , (freier Volltext) – ().
  12. Schünke, Michael,: Der Körper des Menschen: Einführung in Bau und Funktion. 14., komplett überarb. und neu gestaltete Auflage. Thieme, Stuttgart 2004, ISBN 3-13-329714-7.
  13. Larry Cahil: In: Nature Reviews Neuroscience. Band 7, 2006, S. 477–484.
  14. Onur Güntürkün, Markus Hausmann: Funktionelle Hirnorganisation und Geschlecht. In: S. Lautenbacher, O. Güntürkün, O., M. Hausmann (Hrsg.): Gehirn und Geschlecht: Neurowissenschaft des kleinen Unterschieds zwischen Mann und Frau. Springer, Heidelberg 2007, S. 97.
  15. Birger Dulz, Peer Briken, Otto F. Kernberg, Udo Rauchfleisch: Handbuch der Antisozialen Persönlichkeitsstörung. Stuttgart 2018, S. 18.
  16. Elena Jazin, Larry Cahill: In: Nature Reviews Neuroscience. Band 11, 2010, S. 9–17.
  17. Arthur P. Arnold: In: Nature Reviews Neuroscience. Band 5, 2004, S. 701–708.
  18. Ian W. Craig, Emma Harper, Caroline S. Loat: The Genetic Basis for Sex Differences in Human Behaviour: Role of the Sex Chromosomes. In: Annals of Human Genetics. Vol. 68, Nr. 3, 2004, S. 269–284, doi:10.1046/j.1529-8817.2004.00098.x.
  19. G. S. Kranz u. a.: In: J Neurosci. Band 34, Nr. 46, 12. November 2014, S. 15466–15475, doi:10.1523/JNEUROSCI.2488-14.2014. .
  20. Herbert Lochs: (Memento vom 21. Oktober 2012 im Internet Archive) (PDF; 1,5 MB). 2003, S. 23.
  21. Avital Schurr: Lactate: the ultimate cerebral oxidative energy substrate? In: Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Band 26, 2006, S. 142–152.
  22. Georg Löffler, Petro E. Petrides (Hrsg.): Biochemie und Pathobiochemie. 7. Auflage. Springer Medizin-Verlag, Heidelberg 2003, S. 1054.
  23. Herbert Lochs: (Memento vom 21. Oktober 2012 im Internet Archive) (PDF; 1,5 MB). 2003, S. 19.
  24. Herbert Lochs: (Memento vom 21. Oktober 2012 im Internet Archive) (PDF; 1,5 MB). 2003, S. 5.
  25. Philip A. Wood: How Fat Works. Harvard University Press, Cambridge MA 2006.
  26. Leslie C. Aiello, Peter Wheeler: The Expensive-Tissue Hypothesis. The Brain and the Digestive System in Human and Primate Evolution. In: Current Anthropology Band 36, Nr. 2, 1995, S. 199–221.
  27. Herbert Lochs: (Memento vom 21. Oktober 2012 im Internet Archive) (PDF; 1,5 MB). 2003.
  28. L. Pellerin, P. J. Magistretti: Glutamate uptake into astrocytes stimulates aerobic glycolysis: a mechanism coupling neuronal activity to glucose utilization. In: Proc Natl Acad Sci USA. Band 91, 1994, S. 10625–10629.
  29. N. A. Jessen, A. S. Munk, I. Lundgaard, M. Nedergaard: The Glymphatic System: A Beginner’s Guide. In: Neurochemical research. Band 40, Nummer 12, Dezember 2015, S. 2583–2599, doi:10.1007/s11064-015-1581-6. , (freier Volltext) (Review).
  30. D. Raper, A. Louveau, J. Kipnis: How Do Meningeal Lymphatic Vessels Drain the CNS? In: Trends in neurosciences. Band 39, Nummer 9, September 2016, S. 581–586, doi:10.1016/j.tins.2016.07.001. , (freier Volltext) (Review).
  31. Andrew Nere, Mikko Lipasti: Cortical architectures on a GPGPU. In: Proceedings of the 3rd Workshop on General-Purpose Computation on Graphics Processing Units. 2010, ISBN 978-1-60558-935-0, S. 12–18, doi:10.1145/1735688.1735693.
  32. auf heise.de, 20. August 2011.
  33. Dharmendra S. Modha: IBM Research, abgerufen am 7. August 2014 (englisch).
  34. Martin Hubert: Deutschlandradio, „Wissenschaft im Brennpunkt“ () 19. Januar 2014.
  35. Suzana Herculano-Houzel, R. Lent: Isotropic fractionator: a simple, rapid method for the quantification of total cell and neuron numbers in the brain. In: J Neuroscience.Band25,Nr.10, März 2005,S.2518–2521, doi:, ().
  36. Suzana Herculano-Houzel: The Human Brain in Numbers: A Linearly Scaled-up Primate Brain. In: Front Hum Neurosci.Band3,Nr.31, November 2009,S.1–11, doi:, , (freier Volltext).
  37. S. Song, P. J. Sjöström, M. Reigl, S. Nelson, D. B. Chklovskii: Highly Nonrandom Features of Synaptic Connectivity in Local Cortical Circuits. In: PLoS Biology. 3(3), S. e68. doi:10.1371/journal.pbio.0030068.
  38. Jörg Auf dem Hövel: In: Telepolis. 2. Juni 2007.
  39. Spiegel Online, 18. Februar 2013.
  40. A. Paul Alivisatos, Miyoung Chun, George M. Church, Ralph J. Greenspan, Michael L. Roukes, Rafael Yuste: The Brain Activity Map Project and the Challenge of Functional Connectomics. In: Neuron, Band 74, 2012, S. 970–974, doi:10.1016/j.neuron.2012.06.006.
  41. Spiegel Online, 12. Mai 2011.
  42. In: news.nationalgeographic.com. Abgerufen am 25. Juni 2011.
Normdaten (Sachbegriff): GND:(, )

Gehirn
gehirn, hauptorgan, tierischen, nervensystems, kopf, sprache, beobachten, bearbeiten, dieser, artikel, behandelt, kopf, gelegenen, teil, zentralnervensystems, wirbeltiere, weitere, bedeutungen, sind, unter, hirn, aufgeführt, oder, hirn, althochdeutsch, hirni, . Gehirn Hauptorgan des tierischen Nervensystems im Kopf Sprache Beobachten Bearbeiten Dieser Artikel behandelt den im Kopf gelegenen Teil des Zentralnervensystems der Wirbeltiere Weitere Bedeutungen sind unter Hirn aufgefuhrt Als Gehirn oder Hirn althochdeutsch hirni hirne 1 lateinisch cerebrum allein noch fachsprachlich Cerebrum und ansonsten seit 1901 weiter eingedeutscht Zerebrum 2 3 geschrieben wird bei Wirbeltieren einschliesslich des Menschen und bei einigen Wirbellosen der im Kopf gelegene Teil des zentralen Nervensystems bezeichnet Das Gehirn anatomisch Enzephalon 4 5 bzw Enkephalon genannt zu altgriechisch ἐgkefalos enkephalos sowie ἐn en deutsch in und kefalh kephale deutsch Kopf liegt geschutzt in der Schadelhohle wird von Hirnhauten umhullt und besteht hauptsachlich aus Nervengewebe In Hohe des Foramen magnum geht es in das Ruckenmark uber beide zusammen bilden das Zentralnervensystem ZNS Prapariertes menschliches Gehirn Rotationsanimiertes Modell eines menschlichen Gehirns ohne rechtes Grosshirn Frontallappen rot markiert Inhaltsverzeichnis 1 Gehirn der Wirbeltiere 1 1 Funktion 1 2 Evolution 1 3 Gliederung 2 Menschliches Gehirn 2 1 Aufbau 2 1 1 Grosshirn 2 1 2 Zwischenhirn 2 1 3 Kleinhirn 2 1 4 Hirnstamm 2 2 Gehirne von Mannern und Frauen 2 3 Leistung des Gehirns 2 4 Abfallentsorgung des Gehirns 2 5 Vergleich mit Computern 2 5 1 Rechenleistung und Leistungsaufnahme 2 5 2 Speicher 2 5 3 Effizienz 2 5 4 Das Modell des Hypothesengenies 2 6 Anzahl und Vernetzung der Nervenzellen 2 7 Die zwolf Hauptnervenpaare des Gehirns 2 8 Forschungsprojekte 3 Sonstiges 4 Siehe auch 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseGehirn der Wirbeltiere BearbeitenFunktion Bearbeiten Das Wirbeltier Gehirn verarbeitet hochdifferenziert Sinneswahrnehmungen und koordiniert komplexe Verhaltensweisen Es ist somit der Speicher fur die meisten komplexen Informationen die der Organismus verarbeitet Nicht jede Information gelangt bis zur Hirnrinde und fuhrt zu Bewusstsein Peripher liegende Nervengeflechte Plexus und vor allem Zentren im Hirnstamm verarbeiten die meisten der von Rezeptoren ankommenden Erregungen unbewusst Reflexbogen ubernehmen Aufgaben die mit hochster Geschwindigkeit und ohne bewusste Verarbeitung und verzogernde Einflussnahme erledigt werden Beim Menschen gibt es ebenfalls ein solches autonomes Nervensystem Es koordiniert vegetative Funktionen wie Atmung Herzkreislauf Nahrungsaufnahme verdauung und abgabe Flussigkeitsaufnahme und ausscheidung sowie Fortpflanzung Im Gehirn interagieren stark vernetzte Neuronen siehe Neuronales Netz und Erregungsleitung Seine Tatigkeit wird in vivo durch die Messung der Gehirnstrome per Elektroenzephalografie EEG und der vom Gehirn produzierten elektrischen Felder per Magnetoenzephalographie MEG untersucht Evolution Bearbeiten Im Lauf der Evolution hat das Gehirn hoherer Tiere ein beachtliches Mass an Differenzierung und innerer Organisation erreicht Zerebralisation Das spiegelt sich in der psychischen und korperlichen Entwicklung des Einzelnen wider siehe Embryologie Die Struktur und in geringerem Mass das Volumen des Gehirns korrelieren mit Lernfahigkeit und Intelligenz Erst in der Hierarchie des Nervensystems ist die Leistung des Gehirns verstandlich Neben den Wirbeltieren besitzen Tintenfische hochkomplexe Gehirne die sie zu gezielten Tatigkeiten befahigen Im weiteren Sinne ist es die Zentralstelle des Nervensystems verschiedener wirbelloser Tiere etwa Ringelwurmern oder Insekten Je nach Gehirntyp handelt es sich um ein Cerebralganglion oder ein Oberschlundganglion Zwei Gruppen wirbelloser Tiere haben besonders komplizierte Gehirne Gliederfusser Insekten Krebstiere und andere und Kopffusser Kraken Tintenfische und ahnliche Weichtiere 6 Die Gehirne der Gliederfusser und der Kopffusser gehen aus zwei nebeneinander liegenden Nervenstrangen hervor Kopffusser wie der Krake und der Tintenfisch haben die grossten Gehirne aller wirbellosen Tiere 7 Gehirn eines Rehbocks ca zwei Stunden nach Erlegung Das hochentwickelte Gehirn von Wirbeltieren unterscheidet sich deutlich vom Strickleiternervensystem der Gliederfusser Bei Insekten zieht sich der Verdauungstrakt direkt durch das vordere Nervensystem zwischen Tritocerebrum und subosophagealem Ganglion sodass die Bauchganglien ventral bauchseitig des Darmrohrs liegen wahrend bei Wirbeltieren das Ruckenmark dorsal ruckenseitig des Darms liegt Gliederung Bearbeiten Fur eine Gliederung des Gehirns konnen unterschiedliche Kriterien massgeblich sein sodass verschiedene Einteilungen in Hirnbereiche moglich sind die sich nicht gegenseitig ausschliessen mussen Fur eine Gliederung des ausgewachsenen menschlichen Gehirns kann es auch durchaus sinnvoll sein die aus der Untersuchung seiner Entwicklungsschritte gewonnenen Erkenntnisse zu berucksichtigen Beispielsweise zeigen sich in der ontogenetischen Gehirnentwicklung beim Menschen nach der Neurulation der zentralen Anteile der Neuralplatte zum Neuralrohr als der fruhen embryonalen Anlage des Zentralnervensystems im weiteren Verlauf aufeinander folgende Stadien bei der Ausbildung des Gehirns So bilden sich nach Schluss der vorderen Neuralrohroffnung Ende der vierten Entwicklungswoche zunachst drei sogenannte primare Hirnblaschen aus dem vorderen Neuralrohrdrittel die Anlagen von Prosencephalon Mesencephalon und Rhombencephalon Sie entwickeln sich verschieden sodass sich beim uber funf Wochen alten Embryo funf sekundare Hirnblaschen unterscheiden lassen diese fuhren zur Gliederung des Gehirns in funf Hauptabschnitte Telencephalon Endhirn Diencephalon Zwischenhirn Mesencephalon Mittelhirn Metencephalon Hinterhirn und Myelencephalon Markhirn 4 Woche 5 Woche 6 Woche Lebensende VentrikelsystemGehirn vorderes Neuralrohr Prosencephalon Vorderhirn Telencephalon Endhirn Seitenventrikel Rhinencephalon Amygdala Hippocampus Neocortex BasalganglienDiencephalon Zwischenhirn Dritter Ventrikel Thalamus dorsalis Thalamus ventralis Subthalamus Metathalamus mit Kniehockern Hypothalamus mit Neurohypophyse Epithalamus mit EpiphyseMesencephalon Mittelhirn Mesencephalon Mittelhirn Aquaeductus mesencephali Tectum Dach Tegmentum Haube Rhombencephalon Rautenhirn Metencephalon Hinterhirn Vierter Ventrikel Pons Brucke Cerebellum Kleinhirn Myelencephalon Nachhirn Zentralkanal Medulla oblongata Verlangertes Mark Die hier dargestellte Grobgliederung folgt dem Werk von Pinel 8 Menschliches Gehirn Bearbeiten MRT Bild eines menschlichen Gehirns Schnitt sagittal die Nase ist links Hier klicken fur eine animierte Abfolge von Schnitten Grobe Unterteilung des menschlichen Gehirns Seitenansicht Sicht auf die Schnittflache des halbierten Gehirns Schnittflachen ocker Sicht von unten Die Lange aller Nervenbahnen des Gehirns eines erwachsenen Menschen betragt etwa 5 8 Millionen Kilometer das entspricht dem 145 fachen Erdumfang Das Volumen eines menschlichen Gehirns liegt bei einem Mann bei durchschnittlich etwa 1 27 Litern bei einer Frau bei etwa 1 13 Litern 9 Aufbau Bearbeiten Es lassen sich vereinfacht vier Hauptbereiche unterscheiden Grosshirn Bearbeiten Das Grosshirn ist in der Mitte durch einen Einschnitt in zwei Halbkugeln Hemispharen geteilt Zwischen diesen gibt es eine breite Verbindung aus einem dicken Nervenstrang Corpus callosum oder Balken genannt und weitere kleinere Verbindungen Seine 2 4 mm dicke Oberflachenschicht Grosshirnrinde Cortex ist stark gefaltet und fast einen Viertel Quadratmeter gross Sie enthalt etwa 16 Milliarden Nervenzellen was etwa einem Funftel der Nervenzellen des gesamten Gehirns entspricht 10 Unter der Rinde verlaufen Nervenfasern Ansammlungen von Neuronen sind rosa die myelinhaltigen Fasern weiss Im toten Gehirn farben sich die Neuronen grau Deshalb heissen sie obwohl sie wahrend des Lebens rosa sind graue Substanz Auf der Rinde lassen sich die sogenannten Rindenfelder lokalisieren unterschieden zwischen primaren Feldern und Assoziationsfeldern Die primaren Felder verarbeiten nur Informationen einer bestimmten Qualitat solche uber Wahrnehmungen Empfindung zum Beispiel Sehen Riechen Beruhrung oder uber einfache Bewegungen Die Assoziationsfelder stimmen verschiedene Funktionen aufeinander ab Die Zuweisung eines Rindenfeldes zu einer bestimmten Funktion wird immer wieder definiert und relativiert Erst das korrekte Zusammenspiel verschiedener Felder ermoglicht eine Funktion Zu den primaren Feldern zahlen zum Beispiel der visuelle Cortex der am hinteren Pol des Gehirns liegt und auf dem die Projektionen der Sehbahn munden und der auditorische Cortex der der Verarbeitung akustischer Reize dient und seitlich im Schlafenlappen liegt Assoziative Felder finden sich unter anderem im vorderen Teil des Gehirns Ihre Aufgaben sind zum Beispiel Gedachtnis und hohere Denkvorgange Die Rindenfelder und ihre Funktionen konnen voneinander abgegrenzt werden indem nach deren Ausfall zum Beispiel durch Schlaganfall die Tatigkeit des Patienten oder durch elektrische Stimulation mikroskopische und andere Techniken das gesunde Gehirn untersucht wird Neben der Grosshirnrinde sind meist andere Hirnregionen an einer bestimmten Funktion beteiligt Zwischenhirn Bearbeiten Zum Zwischenhirn gehoren vier Teile Thalamus oberer Teil Hypothalamus der mit der Hypophyse Hirnanhangdruse verbunden ist Subthalamus Epithalamus Der Thalamus ist der Vermittler sensorischer und motorischer Signale zum und vom Grosshirn Bei ihm laufen alle Informationen der Sinnesorgane zusammen und werden weiter vermittelt Er besteht hauptsachlich aus grauer Substanz Der Hypothalamus steuert zahlreiche korperliche und psychische Lebensvorgange und wird selbst teils neuronal uber das vegetative Nervensystem teils hormonell uber den Blutweg gesteuert Hypothalamus und Hypophyse wichtige Hormondruse des Korpers die uber den Hypophysenstiel mit dem Hypothalamus verbunden ist sind das zentrale Bindeglied zwischen dem Hormon und dem Nervensystem Das Zwischenhirn ist beteiligt an der Schlaf Wach Steuerung siehe ARAS Schmerzempfindung Temperaturregulation Kleinhirn Bearbeiten Am Kleinhirn lassen sich ebenfalls zwei Hemispharen unterscheiden Zusatzlich werden weitere Teile abgegrenzt Es ist zum Beispiel fur Gleichgewicht und Bewegungen und deren Koordination verantwortlich Bei Tieren ist es im Vergleich zum Grosshirn oft starker entwickelt als beim Menschen insbesondere bei Arten mit Flugvermogen oder bei schnellen Raubern Ausserdem wird dem Kleinhirn eine Funktion beim unbewussten Lernen zugeschrieben Neuere Forschungen 2005 lassen darauf schliessen dass es am Spracherwerb und dem sozialen Lernen beteiligt ist Hirnstamm Bearbeiten Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich alteste Teil des Gehirns Er bildet den untersten Gehirnabschnitt und besteht aus auf und absteigenden Nervenfasern Weisse Substanz und Ansammlungen von Neuronen beziehungsweise von Somata Graue Substanz morphologisch aus dem Mittelhirn der Brucke Pons und dem Nachhirn auch verlangertes Mark Medulla oblongata genannt da zwischen Ruckenmark und Brucke gelegen Der Hirnstamm verschaltet und verarbeitet eingehende Sinneseindrucke und ausgehende motorische Informationen und ist zudem fur elementare und reflexartige Steuermechanismen zustandig Im Nachhirn kreuzen sich die Nervenbahnen der beiden Korperhalften Ausserdem werden hier viele automatisch ablaufende Vorgange wie Herzschlag Atmung oder Stoffwechsel gesteuert Ebenso befinden sich hier wichtige Reflexzentren die zum Beispiel Lidschluss Schluck Husten und andere Reflexe auslosen Das untere Ende des Nachhirns schliesst an das Ruckenmark an Gehirne von Mannern und Frauen Bearbeiten Magnetresonanztomographie Aufnahmen eines menschlichen Gehirns Die Gehirne von Mannern und Frauen unterscheiden sich in der Grosse und im Aufbau Durchschnittlich wiegt das Gehirn eines erwachsenen Mannes je nach Population etwa 1400 g Bei gleicher Statur von Mann und Frau ist das Gehirn bei Mannern durchschnittlich 100 g schwerer 11 Betrachtet man hingegen das Gewicht des Gehirns in Relation zum Korpergewicht ist das Gehirn von Frauen durchschnittlich schwerer Das absolute Hirngewicht hat keine grosse Bedeutung wie das Beispiel Blauwal zeigt dessen Gehirn je nach Grosse ungefahr 7 kg wiegt 12 Nicht nur die Gesamtgehirngrosse unterscheidet sich zwischen den Geschlechtern sondern die relative Grosse verschiedener Gehirnareale 13 Am besten erforscht sind hierbei der Hippocampus und die Amygdala Der Hippocampus in Form und Grosse einem Seepferdchen ahnlich ist fur das Lernen und die Erinnerungen zustandig und hat bei Mannern und Frauen unterschiedliche anatomische Strukturen und neurochemische Zusammensetzungen Im Verhaltnis zum Gesamthirn ist der Hippocampus bei der Frau grosser Beim Mann ist jedoch die CA1 Region grosser und die Anzahl der Pyramidenzellen erhoht 13 Des Weiteren bestehen eine unterschiedliche Rezeptor Affinitat fur verschiedene Neurotransmitter und Unterschiede in der Langzeitpotenzierung 13 Die Amygdala spielt eine Rolle beim Reproduktionsverhalten und stellt das Gedachtnis fur emotionale Ereignisse dar 13 Studien zeigten dass es eine geschlechtsspezifische hemispharische Lateralisation der Amygdalafunktionen in Beziehung auf die Erinnerung an emotionale Momente bei der Reaktion auf gluckliche Gesichter bei der Verschaltung der Amygdala mit dem restlichen Gehirn sowie bei bestimmten Krankheiten wie etwa der Depression gibt 13 Bei Frauen ist die linke Gehirnhalfte involviert bei Mannern die rechte 13 Auch sind die beiden Hirnhemispharen im Bezug auf Sprache und Raumvorstellung bei Mannern tendenziell asymmetrischer organisiert d h die Lateralisation des Gehirns ist ausgepragter als bei Frauen 14 die wiederum grossere Frontallappen haben 15 Zur Entstehung dieses Dimorphismus gibt es verschiedene Theorien Zum einen kommt alternatives Spleissen von mRNA in Frage Zum Beispiel das Spleissen von Kanalproteinen sodass deren Durchlassigkeit fur Ionen verandert ist 13 Zum anderen sind epigenetische Kontrollmechanismen relevant Hierzu zahlen unter anderem die genomische Pragung und die Histonmodifikation 13 Zudem wird immer wieder die Frage gestellt inwiefern die Umwelt Einfluss auf den Dimorphismus hat Ein anderer Erklarungsansatz ist folgender Geschlechtshormone wie Testosteron und die Ostrogene wirken nicht nur auf die Keimdrusen sondern in vielfaltiger Weise auf das gesamte Nervensystem auf Nervenzellen Synapsen Genexpression Dies gilt fur die Zeit der Embryonalentwicklung und wahrend der Kindheit der Pubertat und im Erwachsenenalter 16 So bewirken die Geschlechtshormone eine typische mannliche beziehungsweise weibliche Entwicklung des Nervensystems Dies wird zum Beispiel in der Regio praeoptica im Hypothalamus sichtbar die bei jungen Mannern im Vergleich zu Frauen vergrossert ist Ein entscheidender Faktor sind vermutlich die Barr Korperchen da viele X chromosomale Gene in den neuronalen Prozessen der Gehirnentwicklung involviert sind Die Barr Korperchen entstehen durch zufallige Inaktivierung eines X Chromosoms bei der Frau Dies hat zur Folge dass das weibliche Gewebe und die Organe inklusive des Gehirns ein Mosaik darstellen da in jeder Zelle ein anderes Gen des polymorphen X Gens exprimiert wird 17 Auch Ian W Craig und andere Wissenschaftler vermuten dass die Differenzen zum grossen Teil auf die X Inaktivierung zuruckgehen 18 So wird heute meist angenommen dass die unterschiedlichen Geschlechtschromosomen der wichtigste Grund fur den Dimorphismus sind Diese konnen auf zwei Arten die Entwicklung beeinflussen Zum einen konnen die Genprodukte der Chromosomen direkt in den Zellen wirken in denen sie exprimiert werden Zum anderen bedingen die Gonosomen die Entwicklung der Gonaden die die Geschlechtshormone bilden Im Rahmen einer bildgebenden Studie zur Geschlechtsidentitat zeigten sich markante Unterschiede zwischen mannlichen weiblichen und transsexuellen Studienteilnehmern im Hinblick auf die Mikrostruktur der weissen Hirnsubstanz Die Faserverlaufe und damit die Struktur der Nervenverbindungen wiesen deutliche Unterschiede auf bei denen die Ergebnisse der Transgenderpersonen zwischen denen von Mannern und Frauen lagen Dieselbe Studie lieferte Hinweise auf einen engen Zusammenhang zwischen den Faserverlaufen und den Blutwerten von Geschlechtshormonen Diese Befunde stutzen die Annahme eines Einflusses der Geschlechtshormone auf die embryonale und fruhkindliche Hirnentwicklung 19 Leistung des Gehirns Bearbeiten Das Gehirn ist ein sehr aktives Organ mit einem besonders hohen Energiebedarf Es macht beim Erwachsenen etwa 2 der Korpermasse aus verbraucht mit etwa 20 Watt etwa 20 des Grundumsatzes 20 beim Neugeborenen 50 Energie gewinnt es aus der aeroben Verbrennung von Glucose aus Laktat 21 und Ketonkorpern Glucose kann nicht vollstandig durch die anderen Energietrager ersetzt werden 22 Sauglingsgehirne konnen unmittelbar nach der Geburt zu einem ganz erheblichen Anteil Ketonkorper zur Energiegewinnung nutzen 22 Einige Zeit nach Umstellung der Ernahrung des Kleinkindes auf kohlenhydratreiche Nahrung wird die dafur erforderliche Enzymproduktion wieder reduziert oder ganz abgebaut und die Fahigkeit zur Ketolyse zur Nutzung von Ketonkorpern fur die Energiegewinnung geht wieder verloren 22 Das Verhalten des Blutglucosespiegels im Hungerstoffwechsel lasst vermuten dass ein vollstandig ketolysefahiges Gehirn priorisiert Ketonkorper vorrangig vor der Glucose selbst bei ausreichender Glucosezufuhr uber das Blut verarbeitet 23 90 der Leistung benotigt die Natriumpumpe grosstenteils im Zusammenhang mit Aktionspotentialen Da das Gehirn nur geringe arealabhangige Speicherkapazitaten fur Energie besitzt fuhrt ein Ausfall der Sauerstoff oder Glucoseversorgung bereits nach zehn Sekunden zu einem Funktionsausfall Synkope Ohnmacht und nach wenigen Minuten zu spezifischen Hirnschaden Die geringen auf den ersten Blick evolutionar unverstandlichen Reservoirs werden manchmal durch Platzmangel erklart Gemass einer anderen evolutionaren Erklarung wich die Ernahrungsweise der Menschen in der Altsteinzeit sehr stark von der heutigen Zivilisationskost ab wodurch die Ketolysefahigkeit der damaligen Gehirne zu jedem Zeitpunkt auf naturliche Weise erhalten blieb Dies wird so erklart dass der menschliche Organismus zwar zu viel aus Lebensmitteln aufgenommene Energie letztlich in den Korperfettdepots speichert bei einer 70 kg schweren gesunden schlanken Person liegen 85 der verwertbaren Korperenergien als Korperfett vor 14 5 als Proteine und nur 0 5 als Kohlenhydrate 24 aus Fett jedoch kaum noch Glukose herstellen kann Anteilig nur noch 6 aus dem Glycerin der Triglyceride in deren Form Fett im Organismus gespeichert wird 25 Einige Wissenschaftler nehmen an dass die fettreichere Ernahrung in der Altsteinzeit zum Wachstum des Gehirns des Menschen beitrug 26 Mit der naturlichen Fahigkeit von menschlichen Gehirnen zur Ketolyse begrundet sich die Wirksamkeit der ketogenen Diat bei Epilepsie GLUT1 Defizit Syndrom und anderen zerebralen Erkrankungen und der Hungerstoffwechsel 27 Seit 1994 ist bekannt dass die Nervenzellen uber die Astrozyten bei Bedarf eine genau bemessene Energiemenge aus dem Blut erhalten es ist der aktive Vorgang Energy on Demand 28 Die bedarfsabhangige Regulierung der Blutversorgung von Hirnarealen wird als Neurovaskulare Kopplung bezeichnet Abfallentsorgung des Gehirns Bearbeiten Hauptartikel Glymphatisches System Durch den ungewohnlich hohen durchschnittlichen Stoffwechsel im Gehirn besteht auch ein ungewohnlich hoher Bedarf an biochemischer Abfallbeseitigung Diese ist hier noch zusatzlich deshalb von erhohter Bedeutung da manche Stoffe insbesondere fehlgefaltete Proteine typische Gefahrdungen des Gehirns beinhalten Erschwert wird die Abfallentsorgung im Gehirn durch die Filtersysteme der Blut Hirn Schranke und der Blut Liquor Schranke sowie die Aussperrung des lymphatischen Systems Letzteres reicht von aussen nur bis in die Hirnhaut Astrozyten Sternzellen der Glia und Anlagerung ihrer Fortsatze an einer Ader Der Raum zwischen Ader und diesen Anlagerungen ist Teil des glymphatischen Transportweges Obwohl es schon seit den 1980er Jahren konkrete Anzeichen fur die Existenz eines speziellen Ausschwemmungssystems im Gehirn gab wurde es erst 2012 mit Hilfe neuartiger Nachweismethoden als eigenstandiges internes Kreislaufsystem entdeckt In Anlehnung an das lymphatische System und wegen der entscheidenden Rolle der Glia Stutzzellen wurde es Glymphatisches System genannt Durch sehr enge Gefassraume rund um die Aussenwand von Adern den so genannten perivaskularen Raum Spatium perivasculare gelangt ein kleiner Teil der Gehirn Ruckenmarks Flussigkeit Liquor cerebrospinalis aus dem Zwischenraum zwischen Schadeldecke und Gehirn Subarachnoidalraum oder ausserer Liquorraum in alle Bereiche des Gehirns wird mit Hilfe der Glia dort verteilt und fliesst am Ende unter Mitnahme von Abfallstoffen wieder ab zur Gehirnhaut und zum lymphatischen System ausserhalb des Gehirns 29 30 Vergleich mit Computern Bearbeiten Oft werden Vergleiche zwischen der Leistungsfahigkeit eines Computers und der des menschlichen Gehirns angestellt Seit das Gehirn als Sitz kognitiver Leistung erkannt wurde wurde es in der Literatur immer mit dem komplexesten verfugbaren technischen Apparat verglichen Dampfmaschine Telegraph So wurde versucht aus der Funktionsweise von Computern auf die des Gehirns zu schliessen Mittlerweile besteht das Bemuhen in der Computational Neuroscience und der bionischen Neuroinformatik die Funktionsweise des Gehirns teilweise auf Computern nachzubilden oder dadurch auf neue Ideen zur intelligenten Informationsverarbeitung zu kommen siehe Blue Brain Es ergibt sich die Perspektive dass das Gehirn als Struktur fur Denk und Wissensproduktion eine Architektur liefert die sich zur Nachahmung empfiehlt Kunstliche neuronale Netzwerke haben sich bereits bei der Organisation kunstlicher Intelligenzprozesse etabliert Rechenleistung und Leistungsaufnahme Bearbeiten Bei Vergleichen mit modernen Computern zeigt sich die Leistungsfahigkeit des menschlichen Gehirns Wahrend das Gehirn etwa 1013 analoge Rechenoperationen pro Sekunde schafft und dabei etwa 15 bis 20 Watt Leistung benotigt schafft der Supercomputer BlueGene L von IBM bis zu 3 6 1014 Gleitkommaoperationen pro Sekunde mit doppelter Genauigkeit wozu jedoch etwa 1 2 Megawatt benotigt werden Intels erster Teraflop Chip Prototyp Terascale mit 80 Prozessorkernen schafft hingegen etwa 1012 Gleitkommaoperationen mit einfacher Genauigkeit bei 85 Watt oder 2 1012 Gleitkommaoperationen bei 190 Watt und 6 26 GHz was immer noch dem 50 bis 5000 fachen Energiebedarf entspricht Zwar erreichen moderne 3D Grafikkarten vergleichbare Werte bei geringerem elektrischen Leistungsbedarf Grafikchips sind jedoch starker auf bestimmte Rechenvorgange spezialisiert Es ist allerdings zu beachten dass die hohe Rechenleistung des Gehirns vor allem durch seine vielen parallelen Verbindungen Konnektivitat und nicht durch eine hohe Geschwindigkeit bei den einzelnen Rechenvorgangen Taktfrequenz erzielt wird Kunstliche Neuronen arbeiten 100 000 mal schneller als Neuronen des menschlichen Gehirns Speicher Bearbeiten Zusatzlich zur Parallelisierung stellt ein neuronales Netzwerk gleichzeitig eine Speicher und eine Verarbeitungslogik dar wahrend diese bei Computern die auf der Von Neumann Architektur basieren getrennt sind Dies bewirkt dass in einem einfachen neuronalen Netzwerk mit jedem Taktzyklus der gesamte Speicher aktualisiert wird wahrend ein Computer den Inhalt des Speichers schrittweise aktualisieren muss Effizienz Bearbeiten Rechenvorgange die auf einem Computer effizient ablaufen sind meistens nicht effizient in einem neuronalen Netzwerk abbildbar und umgekehrt Aufgrund der Ineffizienz bestehender Computerarchitekturen fur bestimmte Aufgaben wie beim Sehen werden neuronale Netzwerke wie dasjenige des Neocortex durch Neuromorphing nachgebildet 31 32 Im Marz 2009 bildeten kunstliche neuronale Netzwerke im Rahmen des FACETS Projekts 200 000 kunstliche Neuronen mit 50 Millionen kunstlichen Synapsen auf einem einzelnen 8 Zoll 20 32 cm Diagonale grossen Computerchip ab Im Juli 2014 stellte IBM TrueNorth vor welcher 1 Million Neuronen und 256 Millionen Synapsen auf einem Chip mit einer TDP von 70 mW oder 16 Millionen Neuronen mit 4 Milliarden Synapsen in einem einzelnen Rack integriert 33 Das Modell des Hypothesengenies Bearbeiten Die Ansicht das Gehirn als ein Hypothesengenie oder eine Vorhersagemaschine zu sehen hatte bereits Hermann von Helmholtz da andere Ansatze das Gehirn kunstlich nachzuempfinden zu bisher unlosbaren Probleme fuhrten und scheiterten Der Ansatz geht davon aus dass das Gehirn Hypothesen bildet und alle Eindrucke und Wahrnehmungen in die gespeicherten Muster einbaut und vergleicht Wenn das Wahrgenommene nicht mehr auf die einzelne Hypothese passt wird diese verworfen und nach Bedarf eine neue erstellt Dies zeige sich klassisch bei der Interpretation von Kippfiguren 34 Anzahl und Vernetzung der Nervenzellen Bearbeiten Wahrend das Gehirn einer Ratte etwa 200 Millionen Neuronen enthalt 35 besitzt das eines Menschen neueren Untersuchungen zufolge durchschnittlich etwa 86 Milliarden 36 Nervenzellen Davon liegen etwa 16 Milliarden Neuronen in der Grosshirnrinde Cortex cerebri etwa 69 Milliarden im Kleinhirn Cerebellum und rund 1 Milliarde in den restlichen Hirnregionen von Hirnstamm Zwischenhirn und Basalganglien 36 Miteinander verbunden sind Neuronen uber Synapsen im menschlichen Hirn geschatzt rund 100 Billionen sodass durchschnittlich eine Nervenzelle mit 1000 anderen verbunden ware und von jedem anderen Neuron aus in hochstens vier Schritten erreicht werden konnte Doch gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Mittelwert 37 denn nicht die Dichte sondern das Muster von neuronalen Verknupfungen ist fur neurale Funktionen entscheidend Ein haufiges Organisationsprinzip des Gehirns ist die Abbildung von Nachbarschaftsverhaltnissen was nebeneinander im Korper liegt wird in Hirnarealen oft nebeneinander reprasentiert Somatotopie Obwohl ausschliesslich die Nervenzellen Erregungen als neuronale Impulse leiten und an Synapsen uber Neurotransmitter als Signal weitergeben spielen die sie umgebenden Gliazellen dabei keine unwesentliche Rolle Die insgesamt etwa ebenso haufigen meist kleineren Gliazellen ermoglichen Nervenzellen eine rasche Erregungsleitung und storungsfreie Signalubertragung nehmen ausgeschuttete Botenstoffe auf sorgen fur die Bereitstellung von Nahrstoffen und sind an den physiologischen Barrieren der Blut Hirn und der Blut Liquor Schranke beteiligt Im sich entwickelnden Gehirn und in sich weiterentwickelnden Hirnregionen nehmen sie Einfluss auf die Ausbildung Stabilitat und Gewichtung der synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen bei Schadigungen peripherer Nerven bilden sie eine zur Wiederherstellung notige Leitstruktur 38 Die Konnektom Forschung hat das Ziel alle Verbindungen zwischen den Neuronen zu kartieren Die zwolf Hauptnervenpaare des Gehirns Bearbeiten Hauptartikel Hirnnerv Nervus olfactorius ermoglicht das Riechen Nervus opticus leitet optische Impulse Nervus oculomotorius innerviert vier von sechs Muskeln die das Auge bewegen und andere Funktionen bedienen Nervus trochlearis versorgt den oberen schragen Augenmuskel Nervus trigeminus leitet unter anderem Informationen uber Beruhrungen aus dem Gesichtsbereich ermoglicht das Kauen Nervus abducens versorgt den seitlichen Augenmuskel Nervus facialis ermoglicht unter anderem mimische Bewegungen und Geschmackswahrnehmung Nervus vestibulocochlearis N statoacusticus leitet Informationen aus dem Hor und dem Gleichgewichtsorgan Nervus glossopharyngeus leitet unter anderem Informationen wie den Geschmack aus dem Schlundbereich und ermoglicht Bewegungen in diesem Bereich Nervus vagus im Wesentlichen fur die Wahrnehmung Bewegung und vegetative Funktionen inklusive Drusentatigkeit und Hormonausschuttung Nervus accessorius ermoglicht Bewegungen durch zwei grosse Muskeln des Halses und des Kopfes Nervus hypoglossus ermoglicht Bewegungen der ZungeForschungsprojekte Bearbeiten Der ehemalige US Prasident Barack Obama hat zu Beginn seiner zweiten Amtszeit Planungen fur ein sehr grosses Forschungsprojekt namens Brain Activity Map Project bekanntgegeben im Zuge dessen das menschliche Gehirn komplett kartiert werden soll Dies ware das grosste wissenschaftliche Vorhaben seit vielen Jahren das letzte war das Human Genome Project Experten hoffen auf Therapien gegen Alzheimer Krankheit und Parkinson sowie auf Erkenntnisse uber menschliches Denken und Fuhlen 39 Erste Ansatze wurden im Juli 2012 in der Fachzeitschrift Neuron veroffentlicht 40 Das US Projekt ist nicht mit dem Human Brain Project zu verwechseln das im Februar 2013 durch die EU gestartet wurde Eine Jury hatte die Erforschung des Gehirns ebenfalls als ein Schlusselprojekt der Zukunft ausgewahlt gefordert wird es mit einer Milliarde Euro 39 41 Sonstiges Bearbeiten2008 wurden auf dem Gelande der University of York England die Uberreste eines 2500 Jahre alten menschlichen Schadels gefunden dessen Gehirn uberwiegend erhalten ist Forscher vermuten dass das Gehirn des wahrscheinlich 26 45 Jahre alten Mannes unter anderem deswegen bis heute so gut erhalten blieb weil der Kopf ein Korper wurde nicht gefunden seinerzeit unmittelbar nach dem Tod in nasser Lehmerde begraben wurde Eine vollstandige Klarung warum das Gehirn nicht schon langst zerfallen ist konnte bislang nicht gefunden werden 42 Hirn als Rohstoff findet Verwendung bei der Fettgerbung Die Neurolinguistik untersucht wie Sprache durch das Gehirn dargestellt aufgearbeitet und erlernt wird Zu Gehirnerkrankungen siehe etwa Zentralnervensystem Erkrankungen Siehe auch Bearbeiten Portal Geist und Gehirn Ubersicht zu Wikipedia Inhalten zum Thema Geist und Gehirn Gehirnentwicklung beim Menschen Blutversorgung des Gehirns Geschichte der Hirnforschung Sekundare Altrizialitat Zehn Prozent Mythos Kortikalisierung Insulin im GehirnLiteratur BearbeitenOlaf Breidbach Die Materialisierung des Ichs Zur Geschichte der Hirnforschung im 19 und 20 Jahrhundert Suhrkamp Frankfurt am Main 1997 ISBN 3 518 28876 8 stw 1276 Olaf Breidbach Hirn Hirnforschung In Werner E Gerabek Bernhard D Haage Gundolf Keil Wolfgang Wegner Hrsg Enzyklopadie Medizingeschichte De Gruyter Berlin 2005 ISBN 3 11 015714 4 S 600 f Gunter Gassen Sabine Minol Unbekanntes Wesen Gehirn Media Team Verlag Darmstadt 2004 ISBN 3 932845 71 4 John Carew Eccles Wie das Selbst sein Gehirn steuert Springer Berlin Heidelberg 1994 ISBN 3 492 03669 4 Brigitte Falkenburg Mythos Determinismus Wieviel erklart uns die Hirnforschung Springer Heidelberg 2012 ISBN 978 3 642 25097 2 Michael Hagner Geniale Gehirne Zur Geschichte der Elitegehirnforschung Wallstein Gottingen 2004 ISBN 3 89244 649 0 Sabine Perl Verena Weimer Hans Gunter Gassen Das Gehirn Zwischen Perfektion und Katastrophe In Biologie in unserer Zeit 33 1 2003 ISSN 0045 205X S 36 44 John von Neumann Computer and the Brain Yale University Press 2000 ISBN 0 300 08473 0 Oliver Sacks Musicophilia Tales of Music and the Brain Knopf 2007 ISBN 978 0 676 97978 7 Richard F Thompson Das Gehirn von der Nervenzelle zur Verhaltenssteuerung Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 1992 3 Auflage ebenda 2001 ISBN 3 8274 1080 0 Gerhard Roth Aus Sicht des Gehirns Suhrkamp Verlag Frankfurt am Main 2003 ISBN 3 518 58383 2 Ann B Butler William Hodos Comparative Vertebrate Neuroanatomy Evolution and Adaptation Wiley Interscience 2005 ISBN 0 471 21005 6 Michael Madeja Das kleine Buch vom Gehirn Reisefuhrer in ein unbekanntes Land Verlag C H Beck Munchen 2010 ISBN 978 3 406 60097 5 Mark F Bear Barry W Connors Michael A Paradiso Neuroscience Exploring the Brain Lippincott Williams amp Wilkins Baltimore 2006 ISBN 0 7817 6003 8 Weblinks Bearbeiten Commons Gehirn Album mit Bildern Videos und Audiodateien Wikibooks Neuroanatomie Lern und Lehrmaterialien Wiktionary Gehirn Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Wikiquote Gehirn Zitate Videos und DVDs Tubinger Internet Multimedia Server der Eberhard Karls Universitat Tubingen Universitat Tubingen Interfakultare Einrichtungen Studium Generale 2001 SoSe Das Gehirn 8 Dokumente Videos einer Vortragsreihe zum Thema Gehirn DVDs zur Veranschaulichung der Dissektion des menschlichen Gehirns Lennart Heimer Gary W van Hoesen Michael Trimble Daniel S Zahm Anatomy of Neuropsychiatry The New Anatomy of the Basal Forebrain and Its Implications for Neuropsychiatric Illness Academic Press Amsterdam 2008 ISBN 978 0 12 374239 1 Lennart Heimer Dissection of the Human Brain Sinauer Associates 2008 ISBN 978 0 87893 327 3 Deutsch dasGehirn info Informationsportal rund um das Gehirn Brain Explorer Aufbau Funktionen Krankheiten des Gehirns mit vielen Abbildungen 4 Sprachen Braincast Podcast uber das Gehirn Englisch The whole Brain Atlas Gehirnatlas mit CT MRT und SPECT PET Aufnahmen von Patienten mit verschiedenen Gehirnerkrankungen Brain Museum Comparative Mammalian Brain Collections Gehirne und Hirnschnitte vieler Saugetierarten mit weiterfuhrenden Informationen Allen Brain Atlas Online Atlas mit Schwerpunkt Mausegehirn das Projekt wurde von Paul Allen finanziert Human Brain Architecture ProjectEinzelnachweise Bearbeiten hirn n In Jacob Grimm Wilhelm Grimm Hrsg Deutsches Worterbuch Band 10 H I J IV 2 Abteilung S Hirzel Leipzig 1877 woerterbuchnetz de Zerebrum Gesundheit de abgerufen am 8 Dezember 2020 dort eigentlich u a mit Grosshirn Zerebrum Duden Bibliographisches Institut 2020 Enzephalon Gesundheit de abgerufen am 8 Dezember 2020 dort auch noch mit Encephalon und zudem im Englisch en encephalon geschrieben Enzephalon Duden Bibliographisches Institut 2020 A B Butler Chordate Evolution and the Origin of Craniates An Old Brain in a New Head In Anatomical Record Band 261 Nr 3 2000 S 111 125 doi 10 1002 1097 0185 20000615 261 3 lt 111 AID AR6 gt 3 0 CO 2 F PMID 10867629 T H Bulloch W Kutch The nervous systems of invertebrates an evolutionary and comparative approach Hrsg O Breidbach Birkhauser 1995 ISBN 3 7643 5076 8 Are the main grades of brains different principally in numbers of connections or also in quality S 439 google com John P J Pinel Paul Pauli Biopsychologie 6 aktualisierte Auflage Pearson Studium Munchen u a 2007 ISBN 978 3 8273 7217 8 S 95 John S Allen Hanna Damasio Thomas J Grabowski Normal neuroanatomical variation in the human brain an MRI volumetric study In American Journal of Physical Anthropology Band 118 Nr 4 1 August 2002 S 341 358 doi 10 1002 ajpa 10092 PMID 12124914 Frederico A C Azevedo Ludmila R B Carvalho Lea T Grinberg Jose Marcelo Farfel Renata E L Ferretti Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled up primate brain In The Journal of Comparative Neurology Band 513 Nr 5 10 April 2009 ISSN 1096 9861 S 532 541 doi 10 1002 cne 21974 PMID 19226510 Online abgerufen am 11 Januar 2016 J P Rushton C D Ankney Whole brain size and general mental ability a review In Int J Neurosci Band 119 Nr 5 2009 S 691 731 doi 10 1080 00207450802325843 PMID 19283594 PMC 2668913 freier Volltext nih gov Schunke Michael Der Korper des Menschen Einfuhrung in Bau und Funktion 14 komplett uberarb und neu gestaltete Auflage Thieme Stuttgart 2004 ISBN 3 13 329714 7 a b c d e f g h Larry Cahil Why sex matters for neuroscience In Nature Reviews Neuroscience Band 7 2006 S 477 484 Onur Gunturkun Markus Hausmann Funktionelle Hirnorganisation und Geschlecht In S Lautenbacher O Gunturkun O M Hausmann Hrsg Gehirn und Geschlecht Neurowissenschaft des kleinen Unterschieds zwischen Mann und Frau Springer Heidelberg 2007 S 97 Birger Dulz Peer Briken Otto F Kernberg Udo Rauchfleisch Handbuch der Antisozialen Personlichkeitsstorung Stuttgart 2018 S 18 Elena Jazin Larry Cahill Sex differences in molecular neuroscience from fruit flies to humans In Nature Reviews Neuroscience Band 11 2010 S 9 17 Arthur P Arnold Sex chromosomes and brain gender In Nature Reviews Neuroscience Band 5 2004 S 701 708 Ian W Craig Emma Harper Caroline S Loat The Genetic Basis for Sex Differences in Human Behaviour Role of the Sex Chromosomes In Annals of Human Genetics Vol 68 Nr 3 2004 S 269 284 doi 10 1046 j 1529 8817 2004 00098 x G S Kranz u a White matter microstructure in transsexuals and controls investigated by diffusion tensor imaging In J Neurosci Band 34 Nr 46 12 November 2014 S 15466 15475 doi 10 1523 JNEUROSCI 2488 14 2014 PMID 25392513 Herbert Lochs Hungerstoffwechsel Memento vom 21 Oktober 2012 im Internet Archive PDF 1 5 MB 2003 S 23 Avital Schurr Lactate the ultimate cerebral oxidative energy substrate In Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism Band 26 2006 S 142 152 a b c Georg Loffler Petro E Petrides Hrsg Biochemie und Pathobiochemie 7 Auflage Springer Medizin Verlag Heidelberg 2003 S 1054 Herbert Lochs Hungerstoffwechsel Memento vom 21 Oktober 2012 im Internet Archive PDF 1 5 MB 2003 S 19 Herbert Lochs Hungerstoffwechsel Memento vom 21 Oktober 2012 im Internet Archive PDF 1 5 MB 2003 S 5 Philip A Wood How Fat Works Harvard University Press Cambridge MA 2006 Leslie C Aiello Peter Wheeler The Expensive Tissue Hypothesis The Brain and the Digestive System in Human and Primate Evolution In Current Anthropology Band 36 Nr 2 1995 S 199 221 Herbert Lochs Hungerstoffwechsel Memento vom 21 Oktober 2012 im Internet Archive PDF 1 5 MB 2003 L Pellerin P J Magistretti Glutamate uptake into astrocytes stimulates aerobic glycolysis a mechanism coupling neuronal activity to glucose utilization In Proc Natl Acad Sci USA Band 91 1994 S 10625 10629 N A Jessen A S Munk I Lundgaard M Nedergaard The Glymphatic System A Beginner s Guide In Neurochemical research Band 40 Nummer 12 Dezember 2015 S 2583 2599 doi 10 1007 s11064 015 1581 6 PMID 25947369 PMC 4636982 freier Volltext Review D Raper A Louveau J Kipnis How Do Meningeal Lymphatic Vessels Drain the CNS In Trends in neurosciences Band 39 Nummer 9 September 2016 S 581 586 doi 10 1016 j tins 2016 07 001 PMID 27460561 PMC 5002390 freier Volltext Review Andrew Nere Mikko Lipasti Cortical architectures on a GPGPU In Proceedings of the 3rd Workshop on General Purpose Computation on Graphics Processing Units 2010 ISBN 978 1 60558 935 0 S 12 18 doi 10 1145 1735688 1735693 Gehirnchip macht bei IBM Fortschritte auf heise de 20 August 2011 Dharmendra S Modha Introducing a Brain inspired Computer TrueNorth s neurons to revolutionize system architecture IBM Research abgerufen am 7 August 2014 englisch Martin Hubert Hirnforschung Das Hypothesengenie Das Gehirn als Vorhersagemaschine Deutschlandradio Wissenschaft im Brennpunkt Audio 19 Januar 2014 Suzana Herculano Houzel R Lent Isotropic fractionator a simple rapid method for the quantification of total cell and neuron numbers in the brain In J Neuroscience Band 25 Nr 10 Marz 2005 S 2518 2521 doi 10 1523 JNEUROSCI 4526 04 2005 PMID 15758160 Online a b Suzana Herculano Houzel The Human Brain in Numbers A Linearly Scaled up Primate Brain In Front Hum Neurosci Band 3 Nr 31 November 2009 S 1 11 doi 10 3389 neuro 09 031 2009 PMID 19915731 PMC 2776484 freier Volltext S Song P J Sjostrom M Reigl S Nelson D B Chklovskii Highly Nonrandom Features of Synaptic Connectivity in Local Cortical Circuits In PLoS Biology 3 3 S e68 doi 10 1371 journal pbio 0030068 Jorg Auf dem Hovel Brieftrager Botenstoffe und der unterschatzte Klebstoff In Telepolis 2 Juni 2007 a b Milliardenschwerer Forschungsplan Spiegel Online 18 Februar 2013 A Paul Alivisatos Miyoung Chun George M Church Ralph J Greenspan Michael L Roukes Rafael Yuste The Brain Activity Map Project and the Challenge of Functional Connectomics In Neuron Band 74 2012 S 970 974 doi 10 1016 j neuron 2012 06 006 Human Brain Project Forscher basteln an der Hirnmaschine Spiegel Online 12 Mai 2011 Ancient Pickled Brain Mystery Explained In news nationalgeographic com Abgerufen am 25 Juni 2011 Normdaten Sachbegriff GND 4019752 9 OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Gehirn amp oldid 217650970, wikipedia, wiki, deutsches

deutschland

buch, bücher, bibliothek

artikel

lesen, herunterladen

kostenlos

kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele