Aufbau des menschlichen Gehirns

Die extreme Leistungsfähigkeit des Gehirns beruht auf der exorbitanten Anzahl von Billionen von Verbindungen zwischen Milliarden von Nervenzellen. Das Gehirn ist in bestimmte Funktionszentren eingeteilt, ist individuell aber sehr spezifisch organisiert und darüber hinaus findet eine permanente Reorganisation statt.

Inhalt

Das Zentralnervensystem (ZNS) besteht aus zwei Teilen: dem Gehirn (Cerebrum) und dem Rückenmark, welches das Gehirn mit der Peripherie wie den Muskeln verbindet. Das Gehirn steuert die lebenswichtigen Körperfunktionen, ermöglicht das emotionale Erleben und das Denken, verarbeitet Sinneseindrücke und vieles mehr. Das Gehirn des Menschen wiegt im Schnitt 1.400 Gramm und besteht aus Milliarden von Gehirnnervenzellen (Neuronen), die ständig miteinander kommunizieren und Informationen austauschen. Dies geschieht über elektrische Impulse. Das Besondere am Gehirn sind aber nicht die hohe Anzahl der Nervenzellen, sondern die exorbitante Zahl der Nervenverbindungen (Synapsen) zwischen diesen Neuronen. Die Anzahl der Synapsen im Gehirn wird auf unfassbare 100 Billionen geschätzt. Das Gehirn ist in verschiedene anatomische Areale und funktionale Zentren eingeteilt. Manche Funktionen können einem bestimmten Areal zugeordnet werden, andere Funktionen sind über mehrere Areale verteilt.

Das Gehirn besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch den sogenannten Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Bestimmte Funktionszentren kommen in beiden Hirnhälften vor, andere Zentren gibt es aber nur einmal – wie das Sprachzentrum. Ob eine bestimmte Funktion vermehrt in der linken oder rechten Hirnhälfte liegt, ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich. Prinzipiell wird aber die rechte Körperseite von der linken Hemisphäre (Hirnhälfte) gesteuert und die linke Körperseite entsprechend von der rechten Hemisphäre. Das Gehirn ist individuell sehr spezifisch organisiert und darüber hinaus findet eine permanente Reorganisation statt, die neuronale Plastizität genannt wird. Viele der komplexeren Funktionen des Gehirns werden so bis heute nur im Ansatz verstanden wie das Verhalten oder das Lernen. Es gibt jedoch auch Forschung und Wissen über kritische Faktoren wie die Rolle von Feedback oder des Aufmerksamkeitsfokus, die sich auf das bestimmte Funktionen wie Verhalten oder das Lernen auswirken.

Vereinfachend lässt sich das Gehirn aufteilen in

• Großhirn mit Hirnrinde (Cortex)

• Zwischenhirn mit Hypophyse und Thalamus

• Hirnstamm mit Mittelhirn

• Kleinhirn (Cerebellum)

Großhirn

Das Großhirn ist mit 80 % der Hirnmasse der größte und am höchsten entwickelte, aber auch der jüngste Teil des Gehirns. Seine Rinde (der Kortex) ist stark gefaltet damit die Oberfläche um ein Vielfaches vergrößert wird.

Das Großhirn lässt sich anatomisch in folgende Bereiche einteilen:

• der Stirnlappen (Frontallappen, Präfrontalkortex, vorne) ist für komplexe geistige Funktionen zuständig wie der Planung von Verhalten, Bewegungen oder Handlungen. Er ist der jüngste Teil der Großhirnrinde und ist beim Menschen größer ausgeprägt als bei anderen Säugetieren.

• der Scheitellappen (Parietallappen, dahinter) ist vor allem für Aufmerksamkeitsprozesse und sensorische Empfindungen zuständig, die über die Sinne wie Sehen, Hören, Riechen, Schmecken oder Tasten aufgenommen werden.

• der Schläfenlappen (Temporallappen, seitlich) beinhaltet vielfältige Funktionen wie das Sprachzentrum (Wernicke Zentrum), dem visuellen Arbeitsgedächtnis oder der Gesichts und Objekterkennung.

• der Hinterhauptlappen (Okzipitallappen, am Hinterkopf) ist zuständig für die Verarbeitung der visuellen Reize.

Kleinhirn

Das Kleinhirn (Cerebellum) wiegt mit circa 130 bis 140 Gramm zehnmal weniger als das Großhirn, besitzt aber mit ca. 70 Milliarden Nervenzellen etwa 80 % der Neuronen. Dies gelingt durch ausgeprägte blattförmige Windungen der Oberfläche.

Das Kleinhirn arbeitet unbewusst, lässt sich also willentlich nicht beeinflussen und gehört zum motorischen System. Es stimmt hochkoordinierte Bewegungsabläufe wie das Gleichgewicht fein ab. Das Kleinhirn spielt eine Schlüsselrolle beim Lernen, vor allem beim impliziten Lernen von Motorik. Gut trainierte automatisierte Bewegungsprogramme sind ohne Nachdenken abrufbar, so etwa Gehen oder Greifen, koordinierte Bewegungen beim Sport, aber auch Kulturtechniken wie das Schreiben oder das Spielen von Musikinstrumenten.

Darüber hinaus scheint das Kleinhirn an einer Reihe von höheren kognitiven Prozessen beteiligt wie Sprachfunktionen oder bestimmten Funktionen des Verhaltens.

Zwischenhirn

Im Zwischenhirn befindet sich der Thalamus. Der Thalamus filtert ankommende Informationen nach ihrer Wichtigkeit und entscheidet, ob sie den Kortex erreichen und damit bewusst werden, oder unterhalb der Bewusstseinsebene bleiben. Der Thalamus gehört zu den komplexesten Gebilden im zentralen Nervensystem und enthält Zentren für das Riechen, Hören, Sehen, die Oberflächen- und Tiefensensibilität. Er ist Sitz vieler überlebenswichtiger Empfindungen, Triebe und Instinkte wie Hunger und Durst, Schlaf- und Fortpflanzungsbedürfnis sowie des Überlebensinstinkts an sich.

Hirnstamm

Der Hirnstamm (Truncus cerebri) ist der älteste Teil des Gehirns. Im Hirnstamm befinden sich Nervenbahnen, die das Gehirn mit dem Rückenmark verbinden. Der Hirnstamm steuert die überlebenswichtigen Funktionen wie die Atmung, das Herz-Kreislauf System, den Blutdruck oder die Reflexe.

Im Hirnstamm befindet sich auch das Mittelhirn. Das Mittelhirn leitet Informationen vom Rückenmark zum Großhirn weiter beziehungsweise vom Großhirn zu den motorischen Nerven. Obwohl das Mittelhirn nur eine sehr kleine Struktur ist, verlaufen hier viele Nervenfasern, die für verschiedenste Prozesse zuständig sind. Es koordiniert die Bewegung der Augen und hier werden akustische Reize so verarbeitet, dass sie bewusst wahrgenommen werden können. Das Mittelhirn ist auch wichtig für die Schmerzwahrnehmung, Bewegungssteuerung und Willkürmotorik.

Im Nachhirn kreuzen sich die aus dem Rückenmark kommenden Nervenbahnen. Dadurch können Informationen einer Körperseite auch in der gegenüberliegenden Hirnhälfte verarbeitet werden. Das Nachhirn steuert lebenswichtige autonome Funktionen wie Herzschlag, Atmung und Stoffwechsel, oder auch Reflexe.

Was bedeutet dies für meine Unterrichtspraxis?

Das Gehirn steuert die lebenswichtigen Körperfunktionen, ermöglicht das emotionale Erleben und das Denken, verarbeitet Sinneseindrücke und vieles mehr. Ein gut funktionierendes Gehirn ist wichtig für die Lernprozesse und die Entwicklung des Menschen.

Reflexionsfrage

Was bedeutet es, dass das Kleinhirn, das eine Schlüsselrolle beim Lernen spielt, willentlich nicht beeinflusst werden kann?

Quiz

1) Wie viele Verbindungen zwischen den Nervenzellen gibt es im menschlichen Gehirn?

A) 100 Millionen
B) 1 Billionen
C) 100 Billionen

2) Welcher Teil des Gehirns besitzt am meisten Neuronen?

A) Großhirn
B) Kleinhirn
C) Hirnstamm 

3) Wie ist das Gehirn programmiert?

A) fest programmiert
B) unterliegt andauernde Reorganisation