Gehirn

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Bild:Human brain NIH.jpg Bild:Labeledbrain.jpg

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

Inhaltsverzeichnis

1 Funktion
2 Aufbau des Wirbeltiergehirns
3 Das menschliche Gehirn
- 3.1 Konnektivität
4 Geschichte der Hirnforschung
5 Literatur
6 Siehe auch
7 Weblinks

Funktion

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

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

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

Die Struktur und – in geringerem Maß – die Größe des Gehirns können als Anhaltspunkt für die Lernfähigkeit und Intelligenz eines Tieres herangezogen werden. Wiederum ist nicht das Gehirn alleine zu Lernleistungen in der Lage, neuronale Plastizität findet sich auf so gut wie allen Hierarchiestufen des Nervensystems.

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

Aufbau des Wirbeltiergehirns

Bild:User-FastFission-brain.gif

Prosencephalon (Vorderhirn)
- Telencephalon (Endhirn)
- Diencephalon (Zwischenhirn)
Mesencephalon (Mittelhirn)
Rhombencephalon (Rautenhirn)
- Metencephalon (Hinterhirn)
  - Cerebellum (Kleinhirn)
  - Pons
- Myelencephalon (Nachhirn)
  - Medulla oblongata
(Rückenmark)

Das menschliche Gehirn

Das menschliche Gehirn ist (neben einfachen Nervensystemen einiger Würmer) das am besten untersuchte Gehirn im Tierreich, trotzdem sind noch viele Fragen ungeklärt.

Durchschnittlich wiegt das Gehirn einer erwachsenen Frau 1245g, eines erwachsenen Mannes 1375g. Zwischen Mann und Frau sind hinsichtlich der Intelligenz trotz dieser Gewichtsunterschiede keine signifikanten Schwankungen festzustellen. Dies verdeutlicht, dass das Gewicht im Grunde nicht als Maß für die Leistungsfähigkeit des Gehirns gelten kann, wie es historisch von Seiten der Misogynie immer wieder behauptet wurde. Es gibt allerdings auch noch andere Unterschiede im Aufbau des Hirnes, z. B. ist der Bereich preoptica im Hypothalamus bei jungen Männern mehr als doppelt so groß wie bei jungen Frauen. Beim geistigen Drehen von Objekten im Raum arbeitet beim Mann eine Gehirnregion, bei einer Frau zwei. Es ist allerdings noch nicht endgültig geklärt, ob die Unterschiede angeboren sind.

Das Gehirn ist das aktivste Organ des Menschen und hat dementsprechend einen enormen Sauerstoff- und Energiebedarf: Etwa 20% des Bluts werden vom Herzen ins Gehirn gepumpt; schon der kurzzeitige Ausfall der Sauerstoffversorgung führt zu Hirnschäden und bereits nach wenigen Minuten ist der Gehirntod festzustellen.

Das Gehirn des Menschen ist allerdings auch ein sehr anpassungsfähiges Organ. So ist es beispielsweise möglich, dass eine Gehirnhälfte die Arbeit der anderen mitübernimmt, falls diese nicht mehr arbeitsfähig ist.

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

Oft werden Vergleiche zwischen der Leistungsfähigkeit eines Computers und der des menschlichen Gehirns angestellt. Früher versuchte man auch, aus der Funktionsweise von Computern auf die Funktionsweise des Gehirns zu schließen. Heute dagegen versucht man in der Neuroinformatik, die Funktionsweise des Gehirns teilweise auf Computern nachzubilden bzw. durch diese auf neue Ideen zur "intelligenten" Informationsverarbeitung zu kommen. Als Struktur für Denk- und Wissensproduktion liefert das Gehirn eine Architektur, die sich zur Nachahmung empfiehlt. Künstliche neuronale Netzwerke haben sich bereits bei der Organisation künstlicher Intelligenzprozesse etabliert.

Konnektivität

Das menschliche Gehirn besitzt Schätzungen zu Folge ca. 100 Milliarden (10¹¹) Nervenzellen, welche durch ca. 100 Billionen (10¹⁴) Synapsen eng miteinander verbunden sind. Das heißt, dass jedes Neuron im Schnitt mit 1000 anderen Neuronen verbunden ist und somit im Prinzip jedes beliebige Neuron von jedem Startneuron aus in höchstens 4 Schritten erreichbar ist. Allerdings gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Mittelwert [1]. Bekannt ist auch die retinotrope Abbildungseigenschaft.

Siehe auch: Konnektivität, Skalenfreiheit, Netzwerktheorie, Small World, Neuromorphe Chips, Valentin Braitenberg

Geschichte der Hirnforschung

Antikes Ägypten: „Lehrbuch der Chirurgie“ mit Beschreibung der Gehirnfurchung, Erkennen von Gehirnverletzungen (abweichende Augenstellung, Nachziehen eines Fußes, Sprachverlust)
Hippokrates: Epilepsie durch Reize auslösbar
Claudius Galen: erste neurophysiologische Experimente (Schnitte, Läsionen)
Andreas Vesalius: Gehirnanatomie
Descartes: Zweiteilung von Körper und Seele
Thomas Willis: graue/weiße Substanz
Franz Josef Gall: Phrenologie (Schädelkartierung)
Paul Broca: lokalisiert 1861 motorisches Sprachzentrum im linken Frontallappen
Carl Wernicke (1848-1905): lokalisiert 1874 das sensorische Sprachzentrum im linken Temporallappen
Korbinian Brodmann: Einteilung der Großhirnrinde in 52 Areale
Ramon y Cajal: Neuronentheorie

Literatur

Olaf Breidbach: Die Materialisierung des Ichs: Zur Geschichte der Hirnforschung im 19. und 20. Jahrhundert. Frankfurt a.M.: Suhrkamp, 1997. (stw ; 1276). ISBN 3-518-28876-8
Günter Gassen, Sabine Minol: Unbekanntes Wesen Gehirn. Darmstadt: Media Team Verlag, 2004. ISBN 3-932845-71-4
Eccles, John C.: Wie das Selbst sein Gehirn steuert. Berlin / Heidelberg: Springer, 1994
Michael Hagner: Geniale Gehirne. Zur Geschichte der Elitegehirnforschung. Göttingen: Wallstein, 2004. ISBN 3-8924-4649-0
Sabine Perl, Verena Weimer, Hans Günter Gassen: Das Gehirn: Zwischen Perfektion und Katastrophe. Biologie in unserer Zeit 33(1), S. 36–44 (2003), ISSN 0045-205X
John von Neumann: Computer and the Brain. Yale University Press, 2000. ISBN 0300084730
Richard F. Thompson: Das Gehirn : von der Nervenzelle zur Verhaltenssteuerung. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2001 (3. Aufl.) ISBN 3-8274-1080-0