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Natur + Wissenschaft

Unser Gehirn: Woraus es besteht und wie es grundlegend funktioniert

Nach diesem Aufenthalt auf der untersten Ebene des visuellen Systems ist es Zeit zu schauen, wohin die von den Photorezeptoren ausgesandten Nervenimpulse wandern und was dort mit ihnen geschieht. Klar, daß sie zum Gehirn wandern, wohin auch sonst! Aber was ist das Gehirn eigentlich? Ein großer Zellhaufen, in dem sich unsere Umwelt bloß irgendwie spiegelt, oder ein strukturiertes Organ, daß unsere Wahrnehmung und noch vieles mehr in spezialisierten Teilbereichen organisiert? Bevor wir hier in die Details gehen können, müssen wir uns erstmal einen Überblick über das große Ganze verschaffen.

In seiner Substanz besteht das Gehirn aus der unvorstellbar großen Zahl von rund 200 Milliarden Nervenzellen, den Neuronen. Sie produzieren die Eingangs- und Ausgangssignale des Hirns, jene schwachen elektrischen Impulse, die unsere Wahrnehmung und unser Denken erst ermöglichen.

Die Neuronen bestehen aus dem Zellkörper (Soma) und den Nervenzellfortsätzen (Dendriten), die Informationen von anderen Nervenzellen erhalten sowie dem Achsenzylinder (Axon), der dazu dient Informationen an andere Zellen weiterzugeben. Der Körper der Nervenzelle hat eine Größe von etwa 5-100 Mikrometer (1µm = 1 millionstel Meter), während sich die Nervenzellfortsätze auf einem Durchmesser von ca. 1 µm verjüngen. Ein Nervenzellfortsatz kann bis zu einem Meter lang sein und eine einzige Nervenzelle kann bis zu 10 000 Fortsätze haben.

Abb. 1 Schematische Darstellung eines Neurons

Ihrer Funktion nach lassen sich Nervenzellfortsätze, Zellkörper und Achsenzylinder grob nach Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe unterteilen. Die Dendriten summieren beispielsweise die durch Lichtreizung einer retinalen Sinneszelle hervorgerufenen Ausgabesignale der umgebenden Neuronen in Form eines elektrischen Potentials. Wird im Soma ein bestimmter Schwellenwert überschritten, entsteht ein kurzer elektrischer Impuls, der über das Axon an die Nachbarzellen weitergegeben wird. Wir sagen, die Zelle „feuert“. Dieser Impuls wird über Kontaktstellen, die sogenannten Synapsen, übertragen. Synapsen sitzen auf den Verästelungen der Dendriten. Je nach Art und Zustand der Synapse bewirkt ein eintreffender Impuls eine unterschiedlich kräftige Potentialerhöhung oder -erniedrigung im Zielneuron und einen Rückkoppelungsprozess, der die Aktivität aller beteiligten Nervenzellen dementsprechend weiter erhöht oder erniedrigt.

Im Verlauf der Evolution hat sich das Gehirn aus einem nur die Lebenserhaltungssysteme kontrollierenden Zentrum zur bewußtseinspendenden Steuerzentrale unseres Körpers entwickelt. Äußerlich unterscheidbar sind das mit rund 80 % der Hirnmasse besonders auffällige Großhirn, das den unteren Bereich des hinteren Teils einnehmende Kleinhirn und der davor liegenden, ins Rückenmark übergehende, Hirnstamm.

Abb. 2 Vertikaler Schnitt durch das Gehirn

Das Großhirn bildet den am höchsten entwickelten Bereich. Ihm sind Funktionszentren wie Bewegungen, Sinnesempfindungen, Hören, Sehen, Geruch, Sprache und Gedächtnis zugeordnet. Anatomisch gliedert es sich in die linke und rechte Großhirnhälfte, die sogenannten Hemisphären. Auch das Kleinhirn ist in mehrere Teile gegliedert und dient vor allem der Koordination der Muskelbewegungen. Der Hirnstamm kontrolliert die grundlegenden Funktionen der Blutzirkulation, des Herzschlags und der Lungenaktivität sowie Reflexe wie Gähnen, Husten, Niesen und Erbrechen. Tief im Hirninnern liegen die beiden folgenden Bereiche: Das aus Thalamus (Sensorik und Motorik), Hypothalamus (Hormonsystem) und Epithalamus (biologische Uhr) bestehende Zwischenhirn sowie das unter anderem die Augenbewegungen kontrollierende Mittelhirn.

Abb. 3 Horizontaler Schnitt durch das Gehirn

Für den Prozeß der visuellen Wahrnehmung ist das Großhirn am wichtigsten. In seinen beiden Hälften werden von vorn nach hinten die folgenden, analog in der rechten und linken Hirnhemisphäre vorkommenden, Abschnitte unterschieden. Der den weiten Vorderbereich einnehmende Stirnlappen (auch Frontallappen), der für die Aufmerksamkeit und das Einsetzen der Muskeltätigkeit zuständig ist. Der seitlich liegende Schläfenlappen (auch Temporallappen), der mit der Verarbeitung von Sprache und begrifflichem Denken betraut ist. Der darauf folgende Scheitellappen (auch Parietallappen), in dem die sinnliche Wahrnehmung, die räumlich-visuellen Prozesse und die Körperorientierung angesiedelt sind und der am hinteren Hirnende befindliche Hinterhauptlappen (auch Okzipitallappen) die Heimat der primären Sehrinde.

So können wir festhalten, daß das Gehirn ein großer Haufen komplex miteinander verbundener Nervenzellen ist, in denen unsere Umwelt als verständliche Realität entsteht.