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Das menschliche Gehirn

Inhaltsverzeichnis


  1. Aufbau und Funktionsweise des Gehirns

  2. Energieverbrauch und Energieverteilung im Gehirn
  3. Gedächtnis
  4. Warum das Gehirn vergißt ...
  5. Sauerstoffversorgung
  6. Energie (Nahrung) fürs Gehirn


  1. Gedächtnis & Lernen - Inhaltsverzeichnis




Das menschliche Gehirn

... kann für etwa 20-50 Minuten lang ein relativ hohes Niveau der Erinnerungsfähigkeit aufrecht erhalten.


Aufbau und Funktionsweise des Gehirns

Einleitung

Das Gehirn (lateinisch: cerebrum, altgriechisch: enképhalos) ist der im Kopf gelegenen Teil des Zentralnervensystems (ZNS) von Wirbeltieren. Es liegt geschützt in der Schädelhöhle, besteht hauptsächlich aus Nervengewebe (vernetzte Nervenzellen/Neuronen) und wird umhüllt von der Hirnhaut, welche eigentlich aus drei Schichten besteht (Anmerkung: Die Nummerierung der Liste bezieht sich nicht auf die Grafiken!):

  1. der äußeren harten Hirnhaut (Dura mater encephali)
  2. der Spinnwebenhaut (Arachnoidea mater encephali)
  3. und der innersten Schicht genannt zarte Hirnhaut (Pia mater encephali)

Unter grauer Substanz (lat. Substantia grisea), versteht man die Gebiete des Zentralnervensystems, welche vorwiegend aus Nervenzellkörpern bestehen. Dagegen bilden die Nervenfasern in ihrer Gesamtheit die weiße Substanz.

Die Umschreibung mit „grau“ entstand dadurch, dass diese Bereiche beim im Formalin fixierten Präparat eine graue Farbe haben. Im lebenden Gewebe ist die graue Substanz dagegen eher rosa.

Man unterscheidet vereinfacht vier Hauptbereiche des Gehirns ...

1. Großhirn

In der Mitte ist das Großhirn durch einen Einschnitt in zwei Hemisphären geteilt. Zwischen beiden Hälften gibt es eine breite Verbindung in Form eines dicken Nervenstrangs (Corpus callosum oder Balken) sowie weitere kleinere Verbindungen.

Die 2–4 mm dicke, stark gefaltete Oberflächenschicht (Großhirnrinde, Cortex) des Großhirns, ist annähernd einen Viertel Quadratmeter groß und enthält etwa 19 Milliarden (bei Frauen) bzw. beim etwa 23 Milliarden (bei Männern) Nervenzellen. Unter der Rinde verlaufen Nervenfasern (Neuronenansammlungen sind rosa, myelinhaltige Fasern weiß).

Bei den sogenannten Rindenfelder am Cortex, unterscheidet man zwischen Primär- und Assoziationsfeldern.


2. Zwischenhirn

Das Zwischenhirn ist beteiligt an der Schlaf-Wach-Steuerung. Zum Zwischenhirn gehören vier Teile ...

  1. Der Thalamus (oberer Teil)
    ist für die Vermittlung sensorischer und motorischer Signale zum und vom Großhirn verantwortlich. In ihm laufen sämtliche Informationen der Sinnesorgane zusammen und werden weiter vermittelt. Er besteht hauptsächlich aus grauer Substanz.
  2. Der Hypothalamus
    der mit der Hypophyse (Hirnanhangdrüse, eine wichtige Hormondrüse des Körpers) verbunden ist, steuert zahlreiche körperliche und psychische Lebensvorgänge. Er selbst wird teils neuronal über das vegetative Nervensystem und teils hormonell über den Blutweg gesteuert. Hypothalamus und Hypophyse, sind das zentrale Bindeglied zwischen dem Hormon- und dem Nervensystem.
  3. Subthalamus
  4. Epithalamus

3. Kleinhirn

Wie das Großhirn, lässt sich auch das Kleinhirn in zwei Hemisphären unterscheiden und wird zusätzlich in weitere Teile abgegrenzt. Im Vergleich zum Großhirn, ist es bei Tieren oft stärker entwickelt als beim Menschen (insbesondere bei Arten mit Flugvermögen oder bei schnellen Räubern).

Das Kleinhirn ist bspw. für Gleichgewicht und Bewegungen sowie deren Koordination verantwortlich. Außerdem schreibt man dem Kleinhirn auch eine Funktion beim unbewussten Lernen zu sowie eine Beteiligung am Spracherwerb und dem sozialen Lernen (nach Forschungen aus dem Jahr 2005).


4. Hirnstamm

Der Hirnstamm bildet den untersten Gehirnabschnitt und ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns.

Er besteht aus auf- und absteigenden Nervenfasern (weißer Substanz) und Ansammlungen von Neuronen beziehungsweise von Somata (grauer Substanz) bzw. morphologisch aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) und dem Nachhirn (auch Medulla oblongata = verlängertes Mark genannt, da es zwischen Rückenmark und Brücke liegt).

Der Hirnstamm verarbeitet und verschaltet eingehende Sinneseindrücke sowie ausgehende motorische Informationen. Er ist außerdem für elementare und reflexartige Steuermechanismen zuständig.

Die Nervenbahnen der beiden Körperhälften kreuzen sich im Nachhirn, das untere Ende des Nachhirns schließt an das Rückenmark an. Hier werden hier viele automatisch ablaufende Vorgänge (wie Atmung Herzschlag oder Stoffwechsel) gesteuert. Außerdem befinden sich hier wichtige Reflexzentren, die bspw. Husten-, Lidschluss-, Schluck- sowie andere Reflexe auslösen.


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Der Nervenstrang (weißen Balken) der die beiden Hemisphären (Gehirnhälften) mit ihren unterschiedlichen Funktionen verbindet, ermöglicht es Informationen abzurufen die in beiden Gehirnhälften abgespeichert wurden. Bspw. unterstützt ein Musikstudium das mathematische Verständnis oder rhythmische Bewegungen erleichtern das Lernen von Sprachen.

Daher gilt: Die Beanspruchung unterschiedlicher Bereiche im Gehirn erhöht die Gesamtkapazität.


Linke (logische) Gehirnhälfte

viele kurze neuronale Verbindungen; meist etwas größer als die rechte

Rechte (kreative) Gehirnhälfte

lange neuronale Verbindungen – verknüpfen weiter voneinander entfernte Hirnareale

Cerebral, Denken: Logisch / rational / analytisch / quantitativ

Limbisch, Verhalten: strukturiert / kontrolliert / organisiert / geplant


Analyse – Details - Digitales Denken - Gedächtnis für Wörter und Sprachen – Mathematik – Planung, Organisation – Lesen – Verbale Kommunikation

Cerebral, Denken: Intuitiv / ganzheitlich / einfallsreich / konzeptionell

Limbisch, Verhalten: mitfühlend / musikalisch / mitteilsam / emotional


Analoges Denken - Emotionen – ganzheitliche Erfahrungen – Gedächtnis für Personen, Sachen und Erlebnisse – Körpersprache, Bilder – Musikalität – Rhythmus, Tanz, Synthese - räumliches Vorstellungsvermögen


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Energieverbrauch und Energieverteilung im Gehirn

Unser Gehirn steuert nicht nur die Verteilung der Energie, sondern ist gleichzeitig auch der Hauptenergieverbraucher des Systems: im Ruhezustand verbraucht es fast 1/4 - 1/5 des gesamten Energiebedarfs unseres Organismuses (bei Primaten sind es dagegen nur etwa 8 - 10%, bei anderen Säugetieren gar nur 3 - 5%). Dabei handelt es sehr selbstsüchtig, denn zuerst deckt es den eigenen Bedarf und erst danach bekommen auch die übrigen Organe ihre Ration zugeteilt.

Der Gehalt des Energieträgers Adenosintriphosphat (ATP; der universelle und unmittelbar verfügbarere Energieträger in jeder Zelle) zeigt schon nach relativ kurzer Zeit eine deutliche Differenz in Muskeln und im Gehirn fastender Menschen. So verlieren die inneren Organe unter extremen Hungerbedingungen bis zu 40% ihrer Substanz, während das Gehirn maximal bis zu 2% an Gewicht einbüßt. Bei ungeborernen benötigt das Gehirn etwa die Hälfte aller Energie und beim Erwachsenen entzieht das Gehirn von rund 200 Gramm täglich zugeführter Glucose etwa 130 Gramm für sich selbst (Glucose ist defacto die einzige Energie welche das Gehirn akzeptiert, kann sie aber nicht selbst produzieren und ist daher darauf angewiesen diesen Zucker vom Blut durch die Bluthirnschranke ins Gehirnwasser und zu den Nervenzellen umzuleiten).

Aber obwohl das Gehirn etwa 1/5 der zugeführten Energie verbraucht, werden durch eifriges Lernen kaum Kalorien abgebaut. Die Erklärung warum es für geistige Tätigkeiten nicht wesentlich mehr Energie als sonst vebraucht liegt darin begründet, das der größte Teil der verbrauchten Energie für Funktionen anfällt, die auch dann ablaufen wenn nicht gelernt oder das Gehirn anderweitig beschäftigt wird (zur Versorgung der verschiedenen Körpersysteme) – das ist der so genannte Grundumsatz, der von Mensch zu Mensch unterschiedlich ist. Wird beim Lernen dennoch mehr Energie verbraucht, kann das an einer körperlichen Anspannung oder Verkrampfung liegen - denn für die Muskelspannung verbraucht der Körper zusätzliche Energie.


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Gedächtnis

Siehe auch den Artikel Gedächtnis für mehr Details sowie ein Diagramm einer ganzen Nervenzelle (Neurone) mit Beschriftung der einzelnen Bestandteile.

Der Gedächtnisinhalt ist in den Verbindungen der Nervenzellen niedergelegt, genauer in der synaptischen Effizienz neuronaler Netze. Eine Synapse ist eine neuronale Verknüpfung, über welche eine Nervenzelle in Kontakt zu einer anderen Zelle (Sinneszelle, Muskelzelle, Drüsenzelle oder eine andere Nervenzelle) steht. Synapsen dienen der Übertragung von Erregung, ermöglichen die Modulation der Signalübertragung und können durch anpassende Veränderungen Information speichern. Zwischen den ungefähr 100 Milliarden Nervenzellen im Gehirn eines Erwachsenen, bestehen dabei etwa 100 Billionen (10^14) Synapsen.

Die synaptische Plastizität ist dabei entscheidend: Viele Synapsen sind nicht statisch sondern können neu entstehen bzw. vergehen und können dabei die Effizienz der übertragung auf das andere Neuron für sich selbst sowie benachbarte Synapsen verändern.

Im Gegensatz als beispielsweise bei Sprache, Motorik, Sehen und Hören, gibt es kein umschriebenes Gedächtniszentrum im Gehirn. Das Gedächtnis ist grundsätzlich vielmehr eine zusätzliche Leistung weiter Teile des Gehirns. Dennoch kann man bestimmte anatomische Strukturen (Gehirnregionen) welche für das Erinnerungsvermögen/Gedächtnis notwendig sind unterscheiden, da deren Zuordnungen oft durch Gedächtnisstörungen beim Ausfall der entsprechenden Regionen belegt werden können.


Warum das Gehirn vergisst ...

Das vergessen von Informationen kann verschiedene Gründe haben:


Siehe auch: Wikipedia - Vergessen


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Sauerstoffversorgung

Um effektiver bzw. überhaupt erst wirklich arbeiten zu können, muss das Gehirn mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden. Nachdem der Sauerstoff über die Atmung die Lungen erreicht, wird er mithilfe der roten Blutkörperchen zum Gehirn transportiert. Dort ermöglicht der Sauerstoff die chemischen und elektrischen Vorgänge die man als Wahrnehmung bzw. Denken bezeichnet – so steigt die Gehirnleistung bei Sauerstoffzufuhr während sie einem bei Sauerstoffmangel sinkt.


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Energie (Nahrung) fürs Gehirn

Eine vollwertige und abwechslungsreiche Ernährung, dient nicht nur der Deckung des Nährstoffbedarfs, sie bildet auch die Voraussetzung für Gesundheit, Leistungsfähigkeit und Lebensqualität. Das Gehirn leistet Schwerstarbeit und braucht dadurch auch sehr viel Energie, welche nicht im Gehirn gespeichert werden kann - es braucht daher ständig Nachschub (siehe Einleitung).

Besonders für Kinder, welche die Welt um sich herum täglich neu entdecken und Tag für Tag neues lernen, ist gehirngerechte Nahrung (sogenanntes Brain Food) durch eine ausgewogene Ernährung besonders wichtig.


Um während einer Lern- bzw. Arbeitspause schneller wieder geistig fit und konzentriert zu werden, haben die richtigen Lebensmittel daher einen großen Einfluss.


Die Hauptenergielieferanten für Gehirnzellensind Kohlenhydrate, wobei das Gehirn aber nur die darin enthaltene Glukose (Traubenzucker) verwertet. Komplexe Kohlenhydrate (wie bspw. in Erdäpfeln, Nudel- oder Gemüsegerichten und Vollkorngetreide), werden vom Körper nur langsam aufgenommen – so beugen diese Lebensmittel einem Blutzucker- und damit Leistungsabfall vor.

Ein vorübergehendes (geringfügiges) Nachlassen der Gehirnfunktionen,

kann auf einen Mangel an Spurenelementen wie bspw. Phosphor Kalium, Selen oder Zink zurückzuführen sein. Durch Lebensmittel wie bspw. können diese Substanzen schnell aufgenommen werden. Der im Obst enthaltene Fruchtzucker und ebenso die Ballaststoffe, wirken sich auch positiv auf die Leistungsfähigkeit aus.

Lebensmittel, welche durch das enthaltene Cholin vor allem
dem Kurzzeitgedächtnis auf die Sprünge helfen, sind ...


  • Eier
  • Ginseng
  • Hülsenfrüchte
  • Käse
  • Rosmarin
  • Vollkorngetreide
  • Zitronen

Die wichtigsten Nahrungsmittel für das Gehirn (Brainfood) sind:


  • Äpfel (statt Schokolade)
  • Birnen
  • Brokkoli
  • Buttermilch (statt Fruchtsäften)
  • Fische Erdbeeren
  • Knoblauch
  • Müsli
  • Nüsse
    liefern wertvolle Spurenelemente,
    durch welche die Gehirnleistung sofort ansteigt.
  • Rosinen
  • Soja
  • Spinat
  • Trockenfrüchte
    liefern wertvolle Spurenelemente, durch welche
    die Gehirnleistung sofort ansteigt.


Ginkgo soll das Denken so zusagen am Laufen halten und unter hoher Belastung Gedächtnisstörungen vorbeugen. Lecithin unterstützt geistige Arbeit als eine Art Allzweckmittel: es spielt bei der Bildung von neuronalen Botenstoffen eine wichtige Rolle und unterstützt den Aufbau von Nervenzellen. Zudem schützt es vor Stress und Umweltschadstoffen. Curry (genauer Kurkuma) soll das Gedächtnis verbessern!


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