Wie funktioniert das Gehirn? Aufbau, Funktion, Training

Das Wichtigste auf einen Blick

1. Das menschliche Gehirn ist eines der faszinierendsten und komplexesten Organe des menschlichen Körpers, das unser Denken, Verhalten und Empfinden steuert und beeinflusst.

2. Es ist für viele kognitive Funktionen verantwortlich und seine Plastizität ermöglicht es, sich an neue Herausforderungen und Erfahrungen anzupassen.

2. NeuroNation bietet abwechslungsreiche und herausfordernde Übungen sowie regelmäßiges Training an, um die Anpassungsfähigkeit des Gehirns zu nutzen und seine Leistungsfähigkeit zu steigern. Die Wirksamkeit des Gehirntrainings wurde bereits in verschiedenen Studien nachgewiesen.

Das menschliche Gehirn entfacht schon seit jeher Faszination. Es ist die Schaltzentrale, die unser Denken, Verhalten und Empfinden steuert und beeinflusst. 
Doch trotz jahrhundertelanger Forschung bleibt das Gehirn ein Rätsel, das nur teilweise entschlüsselt wurde. In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf das menschliche Gehirn, seine Funktionen und die verschiedenen Gehirnregionen, die eine entscheidende Rolle bei der Steuerung unseres Körpers und unserer kognitiven Fähigkeiten spielen. Wir werden auch einige der Erkrankungen und Störungen untersuchen, die das Gehirn beeinträchtigen können, sowie hilfreiche Möglichkeiten, um Ihr Gehirn fit zu halten.

Das menschliche Gehirn: Eine Übersicht

Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, das aus Milliarden von Neuronen und Gliazellen besteht. Es wiegt durchschnittlich 1,5 Kilogramm, ist so groß wie zwei Fäuste und seine Form erinnert an das Innere einer Walnuss. 1)

Es wird in vier Hauptbereiche unterteilt: das Großhirn, das Kleinhirn, das Zwischenhirn und der Hirnstamm.

Das Großhirn, auch Cerebrum genannt, ist der größte Teil des Gehirns und macht etwa 85% des Gesamtvolumens aus. Es besteht aus zwei Hälften, den sogenannten Hemisphären, die durch eine tiefe Fissur getrennt sind. Jede Hemisphäre besteht aus vier Lappen: dem Frontallappen (dt. Stirnlappen), dem Parietallappen (dt. Scheitellappen), dem Temporallappen (dt. Schläfenlappen) und dem Okzipitallappen (dt. Hinterhauptlappen). Durch ihre dichte Vernetzung elektrischer Signalwege ermöglichen sie komplexe Hirnfunktionen, wie Bewegung, Sinneswahrnehmung, Sprache und Gedächtnis.

Das Kleinhirn befindet sich unterhalb des Großhirns und ist für die Koordination von Bewegungen und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zuständig. Neue Studien zeigen, dass es außerdem an Lernprozessen und weiteren kognitiven Prozessen beteiligt ist. Es hat eine charakteristische, feine Oberflächenstruktur, die aus vielen kleinen Furchen und Windungen besteht.

Das Zwischenhirn liegt zwischen dem Großhirn und dem Hirnstamm. Seine größte Struktur, der Thalamus, filtert eingehende Signale von unseren Sinnesorganen und leitet sie dann an das Großhirn weiter. Der kleinere Hypothalamus liegt darunter und steuert durch Hormone primitive Funktionen wie unsere Körpertemperatur, Sexualverhalten, Hunger, Durst und Schlaf. 

Der Hirnstamm befindet sich unterhalb des Zwischenhirns und ist der Übergangsbereich zwischen dem Gehirn und dem Rückenmark. Er umfasst eine Vielzahl von Kerngebieten, die für lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzfrequenz und Blutdruckregulation verantwortlich sind.

Die vier Komponenten des Gehirns sind miteinander verbunden und kommunizieren über Milliarden von Nervenzellen, die auch als Neuronen bezeichnet werden. Diese Kommunikationswege heißen  Synapsen und mehrere Billiarden Synapsen im menschlichen Gehirn bilden komplexe Schaltkreise, die für die Verarbeitung von Informationen und die Steuerung von Bewegungen und Verhalten verantwortlich sind.

Insgesamt ist der Aufbau des Gehirns äußerst komplex und noch nicht vollständig erforscht. Dennoch ist das Wissen um die anatomischen Strukturen des Gehirns von großer Bedeutung für die medizinische Diagnostik und Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems.

Gehirnwindungen und Furchen

Die Oberfläche des Großhirns besteht aus zahlreichen Windungen und Furchen, die auch als Gyri und Sulci bezeichnet werden. Diese komplexe Struktur erhöht die Oberfläche des Gehirns und ermöglicht es, eine große Anzahl von Neuronen auf kleinem Raum unterzubringen und somit die Leistungsfähigkeit des Gehirns zu erhöhen.

Die Windungen und Furchen des Gehirns sind nicht gleichmäßig verteilt. Die größten Furchen werden als Längs-, Quer- und Seitenfurchen bezeichnet und als Trennlinien genutzt, um die vier Hirnlappen anatomisch voneinander zu unterscheiden.

Die Windungen und Furchen des Gehirns variieren auch zwischen verschiedenen Arten von Lebewesen. Zum Beispiel haben einige Tiere, wie Wale und Delfine, besonders komplexe Gehirne mit vielen Windungen und Furchen, was Forscher:innen als Hinweis auf ihre hohe kognitive Leistungsfähigkeit deuten. Denn die Furchen vergrößern die Oberfläche der Hirnrinde, genannt Kortex, und ermöglichen so komplexere neuronale Verschaltung.

Die Anzahl und das Muster von Windungen und Furchen im Gehirn können auch durch Umweltfaktoren beeinflusst werden. So weisen beispielsweise eineiige Zwillinge nicht dieselben Strukturen auf der Hirnoberfläche auf. 

Insgesamt sind die Windungen und Furchen des Gehirns ein faszinierendes Beispiel für die komplexe Struktur des menschlichen Körpers und deren Anpassung an spezifische Funktionen und Umweltbedingungen.

Rechte und linke Hemisphäre

Das Gehirn lässt sich in eine rechte und eine linke Gehirnhälfte unterteilen. Diese beiden Hälften sind allerdings über einen dicken Strang Nervenfasern, dem corpus callosum, verbunden und arbeiten zusammen.

Jede Hemisphäre besteht dabei aus einer Großhirn-, einer Zwischenhirn- und einer Kleinhirnhälfte, die auf Funktionen spezialisiert sind, aber gleichzeitig kontinuierlich miteinander kommunizieren.  Das Großhirn beherbergt den motorischen Kortex, der Signale an die Muskeln sendet und Bewegungen steuert. Hierbei übernimmt jeweils eine Seite des Gehirns eine Hälfte des Körpers. Interessant ist, dass jeweils die entgegengesetzte Seite gesteuert wird. Das heißt, die rechte Gehirnhälfte steuert die linke Seite des Körpers.

Diese Organisation führt bei einem Schlaganfall dazu, dass es bei einer Schädigung des rechten motorischen Kortex’ zu einer Lähmung in der linken Körperhälfte kommt.

Aufbau des Nervensystems

Das Nervensystem des menschlichen Körpers besteht aus Neuronen, Gliazellen und Synapsen.

Neuronen sind spezialisierte Zellen, die Signale in Form von elektrischen Impulsen empfangen, verarbeiten und weiterleiten. Sie bestehen aus einem Zellkörper, Dendriten und einem Axon. Dendriten empfangen Signale von anderen Neuronen und leiten sie an den Zellkörper weiter. Das Axon sendet Signale an andere Neuronen oder an Muskeln oder Drüsen.

Gliazellen sind Zellen, die das Gehirn und das Rückenmark umgeben und unterstützen. Sie liefern den Neuronen Nährstoffe und Sauerstoff, entfernen Abfallprodukte und helfen, die Neuronen zu schützen. Gliazellen tragen auch dazu bei, dass sich Neuronen bei Verletzungen wieder regenerieren.

Synapsen sind die Verbindungen zwischen Neuronen. Sie ermöglichen es Neuronen, Signale zu senden und zu empfangen. Synapsen funktionieren durch die Freisetzung von Neurotransmittern aus dem “Senderneuron”, die an Rezeptoren auf einem “Empfängerneuron” binden. Dieser Prozess erzeugt ein elektrisches Signal im Empfängerneuron, das in seinem Zellkern mit den Signalen von anderen Synapsen integriert wird. Synapsen sind der Ort, an dem Informationen im Gehirn verarbeitet werden und Lernen und Gedächtnisbildung stattfinden.

Insgesamt arbeiten Neuronen und Gliazellen zusammen, um ein komplexes Netzwerk zu bilden, das die Grundlage für die Informationsverarbeitung im Gehirn bildet.

Dimensionen des Gehirns

Die Dimensionen des Gehirns sind beeindruckend. Zwar macht das Gehirn nur zwei bis drei Prozent der Gesamtmasse unseres Körpers aus, verbraucht allerdings 20% seiner Energie.

Damit versorgt unser Körper etwa 86 Milliarden Neuronen sowie die gleiche Anzahl an Gliazellen. Der Speicherplatz des Gehirns wird auf ein Petabyte geschätzt, das sind 1.000.000 Gigabyte.

Dass wir nicht unser gesamtes Gehirn nutzen, ist übrigens ein Mythos. Zwar sind nicht alle Teile des Gehirns gleichzeitig aktiv, trotzdem hat jeder Bereich seine Spezialisierung und kommt auch regelmäßig zum Einsatz.

Steuerung des Körpers durch das Gehirn

Von einfachen Handgriffen bis zu komplexen Tanzschritten  – das Gehirn steuert, meist automatisch, alle unsere Bewegungen. Dabei arbeiten die verschiedenen Bereiche des Gehirns nahtlos zusammen.

Auch das Rückenmark spielt hierbei eine Schlüsselrolle. Es fungiert als Schnittstelle zwischen dem Gehirn und unserem Körper, leitet Signale an die Muskeln und ist für einfache Reflexe verantwortlich. 

Wie das Rückenmark und das Gehirn zusammenarbeiten

Das Rückenmark und das Gehirn arbeiten eng zusammen, um das reibungslose Funktionieren des Körpers zu gewährleisten. Das Rückenmark ist ein Teil des zentralen Nervensystems und dient als Verbindung zwischen dem Gehirn und den peripheren Nerven des Körpers. Es verläuft entlang der Wirbelsäule und besteht aus Nervenfasern, die Signale vom Gehirn zu den Muskeln und Drüsen des Körpers übertragen.

Das Gehirn ist das Kontrollzentrum des Körpers und sendet ständig Signale an das Rückenmark, um Körperfunktionen wie Atmung, Herzschlag, Verdauung und Bewegung zu regulieren. Diese Signale werden entlang des Rückenmarks weitergeleitet und führen zur Aktivierung der entsprechenden Muskeln oder Drüsen.

Zusätzlich werden über das Rückenmark auch Signale an das Gehirn gesendet, um Informationen über Schmerzen, Berührungen und andere sensorische Reize zu übermitteln. Dieses Zusammenspiel zwischen Rückenmark und Gehirn ermöglicht es dem Körper, auf seine Umgebung zu reagieren und seine Funktionen zu regulieren.

Insgesamt ist die Zusammenarbeit von Rückenmark und Gehirn von großer Bedeutung für das reibungslose Funktionieren des Körpers. 

Gehirn und Körper stehen im ständigen Austausch

Die Verbindung zwischen Gehirn und Körper ist von entscheidender Bedeutung für unser alltägliches Leben. Das Gehirn ist das Kontrollzentrum des Körpers, welches alle Körperfunktionen steuert, einschließlich der Bewegungen, der Sinneswahrnehmung und der Organtätigkeit. Es kommuniziert mit den Sinnesorganen, den Skelettmuskeln, den Drüsen und der glatten, von uns nicht bewusst steuerbaren Muskulatur, wie von Blutgefäßen, der Lunge und Verdauungsorgane. Diese Kommunikation läuft fast ausschließlich über die Nervenbahnen im Rückenmark. 

Kognitive Funktionen und Plastizität im Gehirn

Das menschliche Gehirn ist nicht nur für die Steuerung des Körpers verantwortlich, sondern auch für eine Vielzahl von kognitiven Funktionen wie Lernen, Gedächtnis, Sprache und Entscheidungsfindung. Diese kognitiven Funktionen beruhen auf komplexen neuronalen Netzwerken, die sich im Laufe des Lebens entwickeln und verändern.

Die Plastizität

Die Plastizität des Gehirns ist eine faszinierende Eigenschaft, die es dem Gehirn ermöglicht, sich an neue Herausforderungen, Veränderungen und Erfahrungen anzupassen. Das Gehirn kann durch die Bildung neuer Verbindungen zwischen Neuronen und die Modifikation bestehender Verbindungen seine Funktionen verändern und verbessern. Dieser Prozess der Anpassungsfähigkeit findet während der gesamten Lebensspanne statt und wird durch Faktoren wie Lernen, Erfahrung, körperliche Aktivität und Umgebung beeinflusst. 3)

Beispielsweise kann sich das Gehirn nach einem Schlaganfall oder einer Verletzung aufgrund von neuroplastischen Mechanismen regenerieren. Wenn ein Teil des Gehirns beschädigt wird, können andere Teile des Gehirns die Funktionen dieses beschädigten Bereichs übernehmen. Darüber hinaus kann das Gehirn auch in der Lage sein, neue Verbindungen zwischen Neuronen zu bilden, um verlorene Funktionen wiederzugewinnen.

Die Plastizität des Gehirns spielt auch eine wichtige Rolle beim Lernen und Gedächtnis. Wenn wir etwas lernen, werden neue neuronale Verbindungen gebildet und bestehende Verbindungen verstärkt. Durch diese Veränderungen kann das Gehirn Informationen schneller und effektiver verarbeiten, wodurch wir unsere kognitiven Fähigkeiten verbessern.

Darüber hinaus kann die Plastizität des Gehirns auch durch körperliche Aktivität und Umgebung beeinflusst werden. Wenn wir unser Gehirn regelmäßig durch kognitive Aktivitäten oder körperliches Training herausfordern, kann dies die Neubildung von neuronalen Verbindungen und die Verbesserung kognitiver Fähigkeiten wie Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Problemlösung fördern.

Insgesamt ist die Plastizität des Gehirns ein faszinierendes Phänomen, das unser Verständnis des menschlichen Gehirns und seiner Fähigkeit zur Anpassungsfähigkeit erweitert hat. Dies hat auch wichtige Implikationen für die Behandlung von Gehirnerkrankungen und die Verbesserung unserer kognitiven Fähigkeiten und Lebensqualität.

Das Gedächtnis

Ein weiterer wichtiger Aspekt der kognitiven Funktionen des Gehirns ist das Gedächtnis. Das Gehirn ist in der Lage, Erinnerungen zu speichern und abzurufen, indem es verschiedene Formen von Gedächtnissen verwendet: Das Arbeitsgedächtnis, Kurzzeitgedächtnis und Langzeitgedächtnis. Der Hippocampus spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung des Langzeitgedächtnisses, indem er Informationen aus dem Kurzzeitgedächtnis konsolidiert und sie in der Großhirnrinde speichert.

Die Sprache

Das Gehirn ist auch entscheidend für die Sprachfunktionen des Menschen, einschließlich der Fähigkeit, Sprache zu verstehen, zu sprechen und zu lesen. Die Sprachfunktionen des Gehirns sind hauptsächlich in der linken Hemisphäre lokalisiert und umfassen verschiedene Regionen, darunter das Broca-Areal und das Wernicke-Areal.

Das Broca-Areal ist für die Sprachproduktion zuständig, während das Wernicke-Areal das Verständnis von Sprache ermöglicht. Das Broca-Areal liegt im Stirnlappen, während das Wernicke-Areal im Schläfenlappen liegt. Sie sind durch eine dicke Nervenfaser, den fasciculus arcuatus, verbunden. Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass dieses Nervenbündel nur im menschlichen Gehirn so tief in den Schläfenlappen reicht. Bei anderen Säugetieren, unter anderem unserem nächsten Verwandten, dem Schimpansen, ist der fasciculus arcuatus kürzer und kann so keine Verbindung zwischen den beiden Arealen herstellen. Dies könnte erklären, wieso der Mensch als einziges Lebewesen über Sprache kommuniziert.

Störungen und Krankheiten des Gehirns

Das menschliche Gehirn ist ein empfindliches Organ, das anfällig für verschiedene Störungen und Krankheiten sein kann. Einige der häufigsten Störungen des Gehirns sind:

1. Schlaganfall: Ein Schlaganfall tritt auf, wenn die Blutversorgung des Gehirns unterbrochen wird, was zu Schäden an den Gehirnzellen führen kann. Schlaganfälle können zu Lähmungen, Sprachproblemen und Gedächtnisverlust führen.

2. Epilepsie: Epilepsie ist eine Störung des Gehirns, die zu wiederholten Anfällen führen kann. Während eines Anfalls können Betroffene Krämpfe, Bewusstseinsverlust und andere Symptome erleiden.

3. Demenz: Demenz ist eine Erkrankung, die das Gedächtnis und andere kognitive Funktionen beeinträchtigt. Sie kann durch eine Vielzahl von Faktoren wie Alzheimer-Krankheit, Schlaganfall oder Parkinson-Krankheit verursacht werden.

4. Migräne: Migräne ist eine Art von Kopfschmerzen, die durch abnormale Aktivität im Gehirn verursacht wird. Migräne kann von Lichtempfindlichkeit, Übelkeit und anderen Symptomen begleitet werden.

5. Parkinson-Krankheit: Parkinson-Krankheit ist eine neurologische Erkrankung, die durch einen Mangel an Dopamin im Gehirn verursacht wird. Die Symptome umfassen Zittern, Steifheit und Bewegungsprobleme.

6. Amyotrophe Lateralsklerose: ALS ist eine neurodegenerative Erkrankung, bei der die Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark absterben, was zu fortschreitender Muskelschwäche und Lähmung führt. Es gibt keine Heilung für ALS, und die Lebenserwartung nach der Diagnose beträgt im Durchschnitt nur etwa 2-5 Jahre.

7. Hirnverletzungen: Hirnverletzungen können durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden, darunter Traumata wie Unfälle, Schläge oder Stürze, aber auch durch Erkrankungen oder neurologische Störungen wie Schlaganfälle oder Tumoren. Die Behandlung von Hirnverletzungen erfordert oft eine multidisziplinäre Herangehensweise, die medizinische, therapeutische und unterstützende Maßnahmen umfasst.

8. Traumatische Hirnverletzungen: Traumatische Hirnverletzungen entstehen durch eine plötzliche äußere Gewalteinwirkung auf den Kopf und können zu schwerwiegenden neurologischen Schäden führen, die je nach Ausmaß der Verletzung von vorübergehenden Beeinträchtigungen bis hin zu lebenslangen Einschränkungen reichen können.

9. Hirntumore: Hirntumore sind abnormale Zellwucherungen im Gehirn, die entweder gutartig oder bösartig sein können. Die Symptome von Hirntumoren hängen von ihrer Größe, Lage und Art ab.

10. Psychische Störungen: Psychische Störungen sind Erkrankungen des Gehirns, die das Denken, Fühlen und Verhalten beeinträchtigen können. Sie können verschiedene Ursachen haben und reichen von Angststörungen und Depressionen bis hin zu Schizophrenie und bipolaren Störungen.

Diese Störungen können die Lebensqualität der Betroffenen stark beeinträchtigen. Fortschritte in der medizinischen Forschung haben jedoch zu neuen Behandlungsmöglichkeiten und Therapien geführt, die den betroffenen Menschen helfen können. Eine frühzeitige Diagnose und Behandlung kann dazu beitragen, die Auswirkungen dieser Störungen auf das Gehirn und den Körper zu minimieren.

5 Punkte, um die Plastizität des Gehirns zu stimulieren

Die Plastizität des Gehirns kann aktiv gesteigert werden. Folgende Punkte helfen dabei: :

1. Herausforderungen und neue Erfahrungen suchen: Durch das Lernen neuer Fähigkeiten und die Bewältigung neuer Herausforderungen wird das Gehirn stimuliert und zur Anpassung angeregt.

2. Regelmäßiges Training: Regelmäßiges Training bestimmter Fähigkeiten und körperlicher Aktivität kann die Plastizität des Gehirns fördern und die Leistung verbessern.

3. Gesunde Ernährung: Eine ausgewogene und gesunde Ernährung versorgt das Gehirn mit den nötigen Nährstoffen und erhöht so seine Plastizität und Leistungsfähigkeit.

4. Stress vermeiden: Stress kann die Plastizität des Gehirns negativ beeinflussen. Er sollte durch gutes Stressmanagement vermieden werden.

5. Ausreichend Schlaf: Ausreichend Schlaf ist wichtig für die Regeneration und Erholung des Gehirns. Er hilft, die Plastizität zu verbessern und die Gehirnleistung zu steigern.

Die Plastizität ausnutzen und die Hirnleistung verbessern

NeuroNation setzt bei der Anpassungsfähigkeit des Gehirns an. Durch neue Herausforderungen kann die Hirnleistungsfähigkeit erhöht werden, doch dazu müssen einige Punkte beachtet werden.

• Abwechslungsreiche Übungen
• Training an Leistungsgrenze
• Regelmäßiges Training

In Zusammenarbeit mit Neuropsycholog:innen wurde die NeuroNation Trainingsplattform (App und Web) deshalb im Blick auf diese drei Kriterien entwickelt. Die Wirksamkeit des Gehirntrainings wurde bereits in verschiedenen Studien nachgewiesen.

Zusammenfassung

Das Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Organ. Wenngleich es nur einen geringen Teil der Körpermasse ausmacht, benötigt es 20% der täglichen Energie.

Damit wird ein gigantisches Netzwerk aus Neuronen, Gliazellen und Synapsen versorgt, welches mittels elektrischer und chemischer Impulse unseren Körper steuert.

Unser Gehirn wird in eine rechte und eine linke Hemisphäre unterteilt, welche sich wiederum in das Groß-, Zwischen- und Kleinhirn gliedern lassen. Jeder Teil besteht aus vielen Hirnregionen, die auf eine Funktion spezialisiert oder für die Koordination von Regionen zuständig sind. Sie können beispielsweise anderen Regionen übergeordnet sein, Funktionen miteinander abstimmen oder zwischen Verarbeitungszentren vermitteln. Das Gehirn arbeitet letztlich als ein Ganzes und die Hirnregionen stehen im Wechselspiel von funktionell spezialisierten Zentren und dichten Netzwerken, die Informationen integrieren. 

Eine der wichtigsten Eigenschaften des Gehirns ist seine Plastizität. Sie ermöglicht es, uns anzupassen und durch neue Herausforderungen zu lernen und an ihnen zu wachsen. Dieses Phänomen macht sich auch das NeuroNation Gehirntraining zunutze. Hier können Sie Ihr Gehirn trainieren und gesund und fit halten.

Quellen

1) https://www.gesundheitsinformation.de/wie-funktioniert-das-gehirn.html

2) https://www.leading-medicine-guide.com/de/anatomie/gehirn

3) https://www.mpg.de/gehirn