Encephalon

Als das Gehirn (Hirn, lateinisch cerebrum, altgriechisch ἐγκέφαλον, enképhalon) bezeichnet man den im Kopf gelegenen Teil des Zentralnervensystems (ZNS) der Wirbeltiere. Es liegt geschützt in der Schädelhöhle, wird umhüllt von der Hirnhaut und besteht hauptsächlich aus Nervengewebe.

Ein menschliches Gehirn

Funktion

Das Wirbeltier-Gehirn verarbeitet hochdifferenziert Sinneseindrücke und koordiniert komplexe Verhaltensweisen. Es ist somit der Hauptintegrationsort für alle komplexen Informationen, die der Organismus verarbeiten muss.

Nicht jede Information gelangt bis zur Hirnrinde und damit zum 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. Auch beim Menschen gibt es ein solches autonomes Nervensystem. Es koordiniert vegetative Funktionen wie Atmung, Kreislauf (Herzfunktion), Nahrungsaufnahme, -verdauung und -abgabe, Flüssigkeitsaufnahme und -ausscheidung und Fortpflanzung, zu deren Regulation die Komplexität des Gehirns nicht benötigt wird.

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

Im Lauf der Evolution hat das Gehirn höherer Tiere ein beachtliches Maß an Differenzierung und innerer Organisation erreicht (Zerebration). Das spiegelt sich in der psychischen und körperlichen Entwicklung des Einzelnen wider (siehe: Embryologie). Die Struktur und – in geringerem Maß – die Größe des Gehirns korrelieren mit der Lernfähigkeit und Intelligenz. Aber erst in der Hierarchie des Nervensystems ist die Leistung des Gehirns verstehbar.

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 usw.

Aufbau des Wirbeltiergehirns

• Prosencephalon (Vorderhirn)
  • Telencephalon (Endhirn)
    • Cortex cerebri
    • Subcorticale Kerne
      • Basalganglien
      • Claustrum
  • Diencephalon (Zwischenhirn)
    • Thalamus
    • Epithalamus
    • Subthalamus
    • Hypothalamus (mit dem Hypothalamus verbunden ist die Hypophyse)
    • Metathalamus

Magnetresonanztomografieaufnahmen eines menschlichen Gehirns

• Mesencephalon (Mittelhirn)
  • Tectum
  • Tegmentum
  • Crura cerebri
• Rhombencephalon (Rautenhirn)
  • Metencephalon (Hinterhirn)
    • Cerebellum (Kleinhirn)
      • Vermis
      • 2 Hemisphären (Hirnhälften)
    • Pons
  • Myelencephalon (Nachhirn, Medulla oblongata)

• (Rückenmark)

Die Einteilung des Gehirns ist je nach Lehrbuch und Institution verschieden. Das Mesencephalon, die Pons sowie die Medulla oblongata (je nach Autor auch das Diencephalon) werden oft zum truncus cerebri (Hirnstamm) zusammengefasst. Den Entwicklungsgrad des Gehirns bezeichnet man als Cerebralisation.

Das menschliche Gehirn

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

Grobe Unterteilung des menschlichen Gehirns – Sicht auf die Schnittfläche des halbierten Gehirns (Schnittflächen ocker)

Grobe Unterteilung des menschlichen Gehirns – Sicht von unten

Das menschliche Gehirn ist neben einfachen Nervensystemen einiger Würmer sowie den Gehirnen von Mäusen, Ratten, Katzen und einigen anderen Primaten das am besten untersuchte Gehirn im Tierreich.

Zusammenfassung des Aufbaus des menschlichen Gehirns

Man unterscheidet vereinfacht vier Hauptbereiche:

a) Das Großhirn ist in der Mitte durch einen Einschnitt in zwei Halbkugeln (Hemisphären) geteilt. Diese sind stark gefaltet oder auch gefurcht. Zwischen den Hemisphären gibt es eine breite Verbindung aus einem dicken Nervenstrang, auch Balken genannt, und weitere kleinere Verbindungen.

Die 2-4 mm dicke Oberfläche des Gehirns ist die Großhirnrinde bzw. der Kortex. Sie enthält bei der Frau etwa 19 Mrd., beim Mann etwa 23 Mrd. Somata von Nervenzellen. Ansammlungen von Neuronen sind rosa, die myelinhaltigen Nervenfasern weiß. Im toten Gehirn färben sich die Neuronen grau. Deshalb heißen sie, obwohl im Leben rosa, graue Substanz.

Auf der Rinde lassen sich die so genannten Rindenfelder lokalisieren. Man unterscheidet zwischen primären Feldern und Assoziationsfeldern. Die primären Felder verarbeiten nur Informationen einer bestimmten Qualität, und zwar solche über Wahrnehmungen (Empfindung, z. B. Sehen, Riechen, Berührung usw.) oder über einfache Bewegungen. Die Assoziationsfelder stimmen verschiedene Funktionen aufeinander ab. Die Zuweisung eines Rindenfelds zu einer bestimmten Funktion wird immer wieder definiert und dann relativiert: Erst das korrekte Zusammenspiel verschiedener Felder ermöglicht eine Funktion.

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

Assoziative Felder finden sich u.a. im vorderen Teil des Gehirns. Ihre Aufgaben sind z.B. Gedächtnis und höhere Denkvorgänge.

Die Rindenfelder und ihre Funktionen können voneinander abgegrenzt werden, indem man nach Ausfällen (z. B. durch Schlaganfall) die Tätigkeit des Patienten oder durch elektrische Stimulation, mikroskopische und andere Techniken das gesunde Gehirn untersucht. Neben der Großhirnrinde sind aber meist auch andere Hirnregionen an einer bestimmten Funktion beteiligt.

b) Am Kleinhirn lassen sich ebenfalls zwei Hemisphären unterscheiden. Zusätzlich grenzt man weitere Teile ab. Es ist z. B. 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 auch eine Funktion beim unbewussten Lernen zugeschrieben. Neuere Forschungen (2005) lassen darauf schließen, dass es auch teil am Spracherwerb und dem sozialen Lernen hat.

c) Zum Zwischenhirn rechnet man 4 Teile:

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

Der Thalamus ist der Mittler sensibler und motorischer Signale zum und vom Großhirn. Bei ihm laufen alle Informationen der Sinnesorgane zusammen und werden sie weiter vermittelt. Er besteht hauptsächlich aus grauer Substanz. Der Hypothalamus steuert zahlreiche körperliche und psychische Lebensvorgänge und wird selbst teils nerval 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: Aufsteigendes retikuläres Aktivierungssystem, Schmerzempfindung, Temperaturregulation).

d) 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 z. B. Lidschluss-, Schluck-, Husten- und andere Reflexe auslösen. Das untere Ende des Nachhirns schließt an das Rückenmark an.

Gehirne von Männern und Frauen

Durchschnittlich wiegt das Gehirn einer erwachsenen Frau 1245 g, das eines erwachsenen Mannes 1375 g. Das Gewicht kann nicht in direkte Korrelation zur männlichen und weiblichen Geistesart bzw. Intelligenz gesetzt werden.

Schon am Bau des Gehirns ist eine Unterscheidung zwischen Mann und Frau möglich. Geschlechtshormone wie Testosteron und die Östrogene wirken nicht nur auf die Keimdrüsen, sondern in vielfältiger Weise auf das Nervensystem als Ganzes und sowie im Einzelnen auf Nervenzellen, Synapsen, Genexpression usw., sowohl zur Zeit der Embryonalentwicklung als auch während Kindheit und Pubertät und im Erwachsenenalter. Dies wird z.B. in der Regio praeoptica im Hypothalamus sichtbar, die bei jungen Männern im Vergleich zu Frauen vergrößert ist. Neuerdings ist mit bildgebenden Verfahren gemessen worden, dass beim vorgestellten Drehen von dreidimensionalen Objekten bei Männern eine Gehirnregion erhöhte Aktivität zeigt, bei Frauen zwei.

Leistung des Gehirns

Das Gehirn ist ein sehr aktives Organ mit einem besonders hohen Sauerstoff- und Energiebedarf. Es macht nur etwa 2 % der Körpermasse aus, aber etwa 20 % des gesamten Blutes müssen pro Minute durch es fließen (Herzminutenvolumen). Es verbraucht sogar mehr als 50 % der in das Blut freigesetzten Glukose. Da es nur äußerst geringe, arealabhängige Speicherkapazitäten für Energie besitzt, führt bereits ein kurzzeitiger Ausfall der Energieversorgung zu spezifischen Hirnschäden. Die geringen, evolutionär unverständlichen Reservoirs werden durch Platzmangel erklärt. Seit 1994 ist bekannt, dass die Nervenzellen über die Astrozyten bei Bedarf eine genau bemessene Energiemenge aus dem Blut erhalten; man nennt diesen aktiven Vorgang „Energy on Demand“.^[1] 1998 bis 2004 entwickelte Prof. Dr. Achim Peters die Selfish Brain-Theorie, wonach das menschliche Gehirn bei der Regelung der Energieversorgung im Organismus vorrangig den eigenen, vergleichsweise hohen Bedarf deckt.

Die Ansicht, Genialität müsse am (nach dem Tode entnommenen) Gehirn ablesbar sein, ist so alt wie die Hirnerforschung und wird selbst heute noch gelegentlich vertreten. Nicht wenige Hirnforscher gerieten durch diese Überlegungen auch ins sozialdarwinistische und rassistische Denken.

Das Gewicht des Gehirns korreliert nicht mit dem Entwicklungsquotienten. Das menschliche Gehirn wiegt ca. 1,3 kg, das des Pottwals ca. 10 kg.

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 versuchte man auch, aus der Funktionsweise von Computern auf die des Gehirns zu schließen. Heute dagegen bemüht man sich in der bionischen Neuroinformatik, die Funktionsweise des Gehirns teilweise auf Computern nachzubilden bzw. durch sie 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 es etwa 10¹³ bis 10¹⁶ analoge Rechenoperationen pro Sekunde schafft und dabei etwa 15 bis 20 Watt an chemischer Leistung benötigt, schafft der Supercomputer Blue Gene/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 Cores 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 Strombedarf entspricht. Zwar erreichen moderne 3D-Grafikkarten vergleichbare Werte bei geringerem elektrischem Leistungsbedarf, allerdings sind Grafikchips stärker auf bestimmte Rechenvorgänge spezialisiert.

Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass die hohe Rechenleistung des Gehirns vor allem durch seine vielen parallelen Verbindungen (siehe auch: Konnektivität) und nicht durch eine hohe Geschwindigkeit bei den einzelnen Rechenvorgängen (Taktfrequenz) erzielt wird. Künstliche Neuronen arbeiten 10⁵ mal so schnell wie Neuronen des menschlichen Gehirns. Zudem treten bei analogen Rechenvorgängen Ungenauigkeiten auf, die bei der digitalen Verarbeitung vermieden werden.

Speicher

Zusätzlich zur Parallelisierung stellt ein neuronales Netzwerk gleichzeitig sowohl Speicher- als auch 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.

Schätzungen zufolge kann das menschliche Gehirn etwa 100 Terabyte an Daten in chemischer Form in den Synapsen halten. Allerdings wird die Information im Gehirn nicht exakt und linear gespeichert wie in einem Von-Neuman-Computer, sondern unterläuft einen komplexen mehrstufigen Lernprozess bei dem das Gehirn versucht unwichtige Information temporal zu verwerfen und wichtige Informationen hierarchisch auf Basis bereits vorhandener Gehirnstrukturen zu generalisieren.

Effizienz

Rechenvorgänge, die auf einem Computer effizient ablaufen, sind meistens nicht effizient in einem neuronalen Netzwerk abbildbar und umgekehrt. Aufgrund dieser Ineffizienz von bestehenden Computerarchitekturen für bestimmte Aufgaben wie etwa das Sehen versucht man neuronale Netzwerke wie etwa dasjenige des Neocortex nachzubilden. Eines der so entstandenen Modelle ist der hierarchische Temporalspeicher, der derzeit in Software abgebildet wird und der nur aufgrund starker Vereinfachungen in Echtzeit lauffähig ist. Bei der Simulation von Neuronen auf Computern ergibt sich nämlich das Problem, dass Computerchips und Neuronen eine völlig andere Architektur haben und der Rechenaufwand dadurch sehr hoch ist. Blue Gene kann „nur“ etwa 10⁴ Neuronen simulieren, und das auch nicht in Echtzeit, dafür aber mit einem vollständigen Modell. Deshalb gibt es Bestrebungen, solche künstliche neuronale Netzwerke in Hardware zu implementieren (Neuromorphing).

Künstliche neuronale Netzwerke im Rahmen des FACETS-Projekts bilden 2·10⁵ künstliche Neuronen mit 5·10⁷ künstlichen Synapsen auf einem einzelnen 8 Zoll (20,32 cm Diagonale) großen Computerchip ab (Stand März 2009).

Konnektivität

Das menschliche Gehirn besitzt Schätzungen zufolge etwa 100 Milliarden (10¹¹) Nervenzellen (Neuronen), die durch etwa 100 Billionen (10¹⁴) Synapsen eng miteinander verbunden sind. Durchschnittlich ist ein Neuron demzufolge mit 1000 anderen Neuronen verbunden und könnte es von jedem beliebigen anderen Neuron aus in höchstens vier Schritten erreicht werden. Allerdings gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Mittelwert.^[2] Im Vergleich dazu hat der Cortex einer Maus etwa 8 Millionen (8·10⁶) Neuronen mit jeweils 8.000 Synapsen. Ein Grundprinzip der Organisation des Gehirns ist die topologische Abbildung (z. B. Retinotopie), d. h., was nebeneinander auf dem Körper liegt, wird im Gehirn in den zuständigen Arealen auch nebeneinander verarbeitet.

Obwohl die Erregungen ausschließlich durch die Neurone geleitet werden, sind 90 % der Zellen des Gehirns Gliazellen. Diese sind leichter und einfacher gebaut als Neurone. Die Masse des Gehirns wird jeweils zur Hälfte durch Glia- und Nervenzellen ausgemacht. Der Begriff „Gliazelle“ kommt vom Griechischen für Leim, da man ursprünglich annahm, dass die Gliazellen die Nervenzellen lediglich verkleben und damit die Stabilität des Nervengewebes vermitteln. Mittlerweile hat man herausgefunden, dass ihre Funktion weit darüber hinausgeht: sie ermöglichen Nervenzellen eine rasche Signalweiterleitung, versorgen sie mit Nährstoffen, nehmen ausgeschüttete Botenstoffe auf und führen sie wiederaufbereitet zurück und sind an den physiologischen Barrieren wie der Blut-Hirn- und der Blut-Liquor-Schranke beteiligt. Auch werden durch sie aktiv die synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen und dadurch die Erregungsleitungen verändert.^[3]

Die zwölf Hauptnervenpaare des Gehirns

Hauptartikel: Hirnnerv

1. Nervus olfactorius - ermöglicht das Riechen
2. Nervus opticus - leitet optische Impulse
3. Nervus oculomotorius - versorgt 4 von 6 Muskeln, die das Auge bewegen, u. a. Funktionen
4. Nervus trochlearis - versorgt den oberen schrägen Augenmuskel
5. Nervus trigeminus - leitet u. a. Informationen über Berührungen aus dem Gesichtsbereich
6. Nervus abducens - versorgt den seitlichen Augenmuskel
7. Nervus facialis - ermöglicht u. a. mimische Bewegungen und Geschmackswahrnehmung
8. Nervus vestibulocochlearis (N. statoacusticus)- leitet Informationen aus dem Hör- und dem Gleichgewichtsorgan
9. Nervus glossopharyngeus - u. a. leitet er Informationen (auch Geschmack) aus dem Schlundbereich und ermöglicht Bewegungen in diesem Bereich
10. Nervus vagus - Wahrnehmung und Bewegung -inklusive Drüsentätigkeit und Hormonausschüttung- von einem Teil der Eingeweide
11. Nervus accessorius - ermöglicht Bewegung in zwei großen Muskeln des Halses und Kopfes
12. Nervus hypoglossus - ermöglicht Bewegungen der Zunge

Arbeitsteilung im Gehirn

Das Großhirn ist das Zentrum unserer Wahrnehmungen, unseres Bewusstseins, Denkens, Fühlens und Handelns. Im Großhirn herrscht eine Arbeitsteilung zwischen verschiedenen Bezirken, den Rindenfeldern, von denen drei Typen unterschieden werden:

1. Sensorische Felder: Sie verarbeiten Erregungen, die von den Nerven der Sinnesorgane kommen.

2. Motorische Felder: Sie aktivieren Muskeln und regeln willkürliche Bewegungen.

3. Gedanken- und Antriebsfelder: Sie liegen im vorderen Teil des Gehirns und sind wahrscheinlich die Zentren des Denkens und Erinnerns.

Die sensorischen und motorischen Felder für die rechte Körperseite sind in der linken Gehirnhälfte und umgekehrt. Es gibt aber auch Zentren, die nur in einer Gehirnhälfte vorkommen, wie zum Beispiel das Sprachzentrum.

Das Zwischenhirn ist der Bereich, in dem Gefühle wie Freude, Angst, Wut und Enttäuschung entstehen. Es filtriert den Informationsfluss von den Sinnesorganen zum Großhirn. Unwichtiges wird nicht weitergemeldet. Damit schützt es das Gehirn vor Überlastung. Das Zwischenhirn regelt auch die Körpertemperatur, den Wasserhaushalt sowie weitere lebenswichtige Körperfunktionen. Es ist - über den Hypothalamus - die Verbindungsstelle zwischen dem Nervensystem und dem Hormonsystem.

Das Mittelhirn ist eine Umschaltstelle. Erregungen sensorischer Nerven werden zum Großhirn geschickt oder auf motorische Nerven umgeleitet. So regelt es unter anderem die Augenbewegungen, die Irismuskulatur und die Ziliarmuskeln.

Der zweitgrößte Gehirnabschnitt ist das Kleinhirn. Seine Aufgabe besteht einerseits darin, Bewegungen zu koordinieren und den Körper in Gleichgewicht zu halten. Würde man nun zum Ergreifen eines Gegenstandes Ober- und Unterarm gleichzeitig bewegen, stimmt das Kleinhirn beide Teilbewegungen aufeinander ab, somit wird der Gegenstand relativ genau ergriffen. Ohne diese Tätigkeit des Kleinhirns würde der Arm ruckartige Bewegungen ausführen, die meistens über das Ziel hinausgingen.

Andererseits hat das Kleinhirn die Aufgabe, automatisierte Bewegungsabläufe zu speichern. Lernt man beispielsweise das Tanzen, so muss man die einzelnen Schritte relativ bewusst nacheinander ausführen. Hierbei regelt das Großhirn direkt die Muskulatur. Mit einiger Übung, also nach einiger Zeit des bewussten nacheinander Ausführens der einzelnen Schritte, muss man sich nicht mehr auf jeden Schritt konzentrieren. Die Bewegungsfolgen werden nun vom Kleinhirn geregelt, das während der Lernphase die zugehörigen Impulsfolgen gespeichert hat.

Die Übergangsstelle zum Rückenmark wird als Nachhirn bezeichnet. Wichtige Funktionen sind die Regulation des Blutdruckes, der Atemmuskulatur und der Hustenreflexe. Über 12 Paar Gehirnnerven steht es in Verbindung mit Sinnesorganen, Muskulatur und Drüsen im Kopf.

Sonstiges

Die Länge aller Nervenbahnen des Gehirns eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 5,8 Millionen Kilometer, das entspricht dem 145-fachen Erdumfang ^[4].

Evolution und vergleichende Anatomie

Größenvergleich der Gehirne verschiedener Säugetiere
Quelle: University of Wisconsin and Michigan State Comparative Mammalian Brain Collections and the National Museum of Health and Medicine.

Das hochentwickelte Gehirn von Wirbeltieren scheint mit dem Strickleiternervensystem von Gliederfüßern wenig gemeinsam zu haben. Bei Insekten zieht sich der Verdauungstrakt direkt durch das vordere Nervensystem (zwischen Tritocerebrum und subösophagealem Ganglion), so dass die Bauchganglien ventral (bauchseitig) des Darmrohrs zum Liegen kommen (Schema 1), während bei Wirbeltieren das Rückenmark dorsal (rückenseitig) des Darms liegt (Schema 3). Allerdings lassen sich die wichtigen Elemente durch zwei Operationen zur Deckung bringen:

• Man dreht das Nervensystem der Insekten um 180° um die Längsachse, so dass der ventrale und dorsale Anteil vertauscht werden wie in Schema 2 dargestellt (entsprechend zeigt der Hypothalamus beim Wirbeltier in eine andere Richtung als bei den Insekten) und
• verlagert dann den Vorderdarm und die Mundöffnung der Urmünder nach ventral, wie dieses bei den Neumündern der Fall ist. So zieht der Vorderdarm nicht mehr quer durch das ZNS (die Kreuzung entspräche beim Wirbeltier in etwa der Region des Mittelhirns).

     O                      O=O=O=...                    O=======...      ZNS
 )--|-|--------         )--|-|----------                ||   ----------   Verdauungstrakt       
     O=O=O=...              O                           O   /           
                                                           )
                                                          
 1) Urmünder       2) Hypothetische Zwischenstufe       3) Neumünder

Das Internet als Gehirn

Die Verwendung der Gehirnstruktur als Modell für Organisationen hat eine lange Tradition ^[5]. Bei Aufkommen des Internets wurden von Anfang an Analogien zwischen dem Internet und dem Gehirn gezogen, wobei die Interaktionen zwischen Benutzern mit Interaktionen zwischen Neuronen oder Neuronenensembles verglichen werden können. Nach anfänglicher Skepsis wächst die Anzahl an Publikationen, die das Internet metaphorisch als Weltgehirn betrachten. Auch wenn der Vergleich noch zahlreiche Schwachpunkte aufweist, so zeigt sich die Metapher als heuristisches Instrument sehr fruchtbar ^[6].

Siehe auch

• Portal: Geist und Gehirn
• Geschichte der Hirnforschung
• Neuropsychologie
• Konnektivität, Skalenfreiheit, Netzwerktheorie, Small World, Neuromorphe Chips, Valentin Braitenberg
• Liquor cerebrospinalis – Nucleus (ZNS) – Neurowissenschaften – Kognitionswissenschaft – Hirnforschung
• Blutversorgung des Gehirns – Hirn – Bregen

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 3-89244-649-0
• 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 0-300-08473-0
• Oliver Sacks: Musicophilia: Tales of Music and the Brain, Knopf, 2007, ISBN 0-676-97978-5
• Richard F. Thompson: Das Gehirn: von der Nervenzelle zur Verhaltenssteuerung. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2001 (3. Aufl.) ISBN 3-8274-1080-0
• Gerhard Roth: Aus Sicht des Gehirns. Suhrkamp Verlag, September 2003. ISBN 3-518-58383-2
• Butler, Hodos: Comparative Vertebrate Neuroanatomy. Evolution and Adaptation. Wiley-Interscience. ISBN 0-471-21005-6

Weblinks

• Brain Explorer - Beschreibung des Gehirns, seiner Teile, Krankheiten und Funktionsstörungen mit vielen Abbildungen
• Über Gegenwart und Zukunft der Hirnforschung - Zeitschrift Gehirn&Geist
• Allen Brain Atlas (engl.) Online Resource unterstützt durch eine 100 Millionen $ Stiftung des Philanthropen Paul Allen
• The whole Brain Atlas Gehirnatlas mit CT-, MRT- und SPECT/PET - Aufnahmen von Patienten mit verschiedenen Gehirnerkrankungen
• The Plastinated Brain - Gehirnatlas der Universität Wien; gute Erläuterungen des anatomischen Aufbaus
• Brain Tutor - Interaktives Lernprogramm zur Anatomie des Gehirns, Freeware

Videos und DVDs

• Manfred Spitzer: Ein halbes Gehirn. RealVideo aus der BR-alpha-Reihe Geist und Gehirn. (ca. 15 Minuten)

• DVD zu den Themen Gehirn (E-Hirn, S-Hirn), Inselbegabung und Autismus
  ARTE und Radio Bremen (ARD): Eine Reise in die mysteriöse Welt der Superbegabten in drei Teilen [1],
  1 - Gedächtnis Giganten, 2 - Der Einstein-Effekt, 3 - Der große Unterschied, TR-Verlagsunion, 2006, ISBN 3-8058-3772-0

• DVDs zur Veranschaulichung der Dissektion des menschlichen Gehirns, in: 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 0-12-374239-0 und in: Lennart Heimer: Dissection of the Human Brain. Sinauer Associates, 2008, ISBN 0-87893-327-1

Quellen

1. ↑ Pellerin L, Magistretti PJ 1994: Glutamate uptake into astrocytes stimulates aerobic glycolysis: a mechanism coupling neuronal activity to glucose utilization. In: Proc Natl Acad Sci U S A 91:10625-10629
2. ↑ Highly Nonrandom Features of Synaptic Connectivity in Local Cortical Circuits - PLoS Biology (englisch)
3. ↑ Briefträger, Botenstoffe und der unterschätzte Klebstoff - Artikel von Telepolis
4. ↑ BR-Online: Faszination Wissen
5. ↑ vgl. u. a. Heinz-Kurs Wahren: Lernende Unternehmen. Theorie und Praxis des organisationalen Lernens. Berlin. New-York: de Gruyter. 1996
6. ↑ vgl. Florian Rötzer (1999): Megamaschine Wissen: Vision: Überleben im Netz. New York: Campus Verlag. Jean-Pol Martin (1998): Forschungshomepage – Homepageforschung, in: E. Piepho, A. Kubanek-German (Hrsg.): I beg to differ'. Beiträge zum sperrigen interkulturellen Nachdenken über eine Welt in Frieden. Festschrift für Hans Hunfeld. München: Judicium 1998: 205–213, (PDF-Datei). Jean-Pol Martin (2002): "Wissenscontainer: Online-communities und kollektive Lernprozesse", In: Christiane Neveling (Hrsg): Perspektiven für die zukünftige Fremdsprachendidaktik. (Giessener Beiträge zur Fremdsprachendidaktik). Gunter Narr Verlag Tübingen. S. 89–102. PDF Jean-Pol Martin (2006): "Gemeinsam Wissen konstruieren: am Beispiel der Wikipedia". In: Klebl, Michael, Köck, Michael (Hg.)(2006): Projekte und Perspektiven im Studium Digitale. Medienpädagogik, 3: 157–164. LIT Verlag Berlin. PDF