Das Gehirn wird kurz auch als Hirn (althochdeutschhirni, hirne;[1]) bezeichnet, griechischEnzephalon[2][3] bzw.Enkephalon (altgriechischἐγκέφαλοςenképhalos sowieἐνen, deutsch‚in‘ undκεφαλήkephalē, deutsch‚Kopf‘), lateinischCerebrum.
Nicht jede Information gelangt bis zur Hirnrinde und führt zuBewusstsein.Peripher liegende Nervengeflechte (Plexus) und vor allem Zentren im Hirnstamm verarbeiten die meisten der vonRezeptoren ankommendenErregungen unbewusst.Reflexbögen übernehmen Aufgaben, die mit höchster Geschwindigkeit und ohne bewusste Verarbeitung und verzögernde Einflussnahme erledigt werden. Beim Menschen gibt es ebenfalls ein solchesautonomes Nervensystem. Es koordiniertvegetative Funktionen wie Atmung, Kreislauf, Nahrungsaufnahme, -verdauung und -abgabe, Flüssigkeitsaufnahme und -ausscheidung sowie Fortpflanzung.
Neben den Wirbeltieren besitzenTintenfische hochkomplexe Gehirne, die sie zu gezielten Tätigkeiten befähigen. Im weiteren Sinne ist es die Zentralstelle des Nervensystems verschiedenerwirbelloser Tiere, etwaRingelwürmern oderInsekten. Je nach Gehirntyp handelt es sich um einCerebralganglion oder einOberschlundganglion. Zwei Gruppen wirbelloser Tiere haben besonders komplizierte Gehirne: Gliederfüßer (Insekten,Krebstiere und andere) undKopffüßer (Kraken, Tintenfische und ähnliche Weichtiere).[4] Die Gehirne der Gliederfüßer und der Kopffüßer gehen aus zwei nebeneinander liegenden Nervensträngen hervor. Kopffüßer wie der Krake und der Tintenfisch haben die größten Gehirne aller wirbellosen Tiere.[5]
Gehirn eines Rehbocks ca. zwei Stunden nach Erlegung
Das hochentwickelte Gehirn von Wirbeltieren unterscheidet sich deutlich vomStrickleiternervensystem derGliederfüßer. Bei Insekten zieht sich der Verdauungstrakt direkt durch das vordere Nervensystem (zwischen Tritocerebrum und subösophagealem Ganglion), sodass die Bauchganglien ventral (bauchseitig) des Darmrohrs liegen, während bei Wirbeltieren das Rückenmark dorsal (rückenseitig) des Darms liegt.
Für eine Gliederung des Gehirns können unterschiedliche Kriterien maßgeblich sein, sodass verschiedene Einteilungen in Hirnbereiche möglich sind, die sich nicht gegenseitig ausschließen müssen. Für eine Gliederung des ausgewachsenen menschlichen Gehirns kann es auch durchaus sinnvoll sein, die aus der Untersuchung seiner Entwicklungsschritte gewonnenen Erkenntnisse zu berücksichtigen.
Beispielsweise zeigen sich in derontogenetischenGehirnentwicklung beim Menschen nach derNeurulation der zentralen Anteile der Neuralplatte zumNeuralrohr als der frühen embryonalen Anlage desZentralnervensystems im weiteren Verlauf aufeinander folgende Stadien bei der Ausbildung des Gehirns. So bilden sich nach Schluss der vorderen Neuralrohröffnung Ende der vierten Entwicklungswoche zunächst drei sogenannte primäreHirnbläschen aus dem vorderen Neuralrohrdrittel, die Anlagen vonProsencephalon,Mesencephalon undRhombencephalon.[6][7] Sie entwickeln sich verschieden, sodass sich beim über fünf Wochen alten Embryo fünf sekundäre Hirnbläschen unterscheiden lassen – diese führen zur Gliederung des Gehirns in fünf Hauptabschnitte:Telencephalon (Endhirn),Diencephalon (Zwischenhirn), Mesencephalon (Mittelhirn),Metencephalon (Hinterhirn) undMyelencephalon (Markhirn).[8]
DasGroßhirn ist in der Mitte durch einen Einschnitt in zwei Halbkugeln (Hemisphären) geteilt. Zwischen diesen gibt es eine breite Verbindung aus einem dicken Nervenstrang,Corpus callosum oder Balken genannt, und weitere kleinere Verbindungen.
Seine 2–4 mm dicke Oberflächenschicht (Großhirnrinde,Cortex) ist stark gefaltet und fast einen Viertel Quadratmeter groß. Sie enthält etwa 16 MilliardenNervenzellen, was etwa einem Fünftel der Nervenzellen des gesamten Gehirns entspricht.[13] Unter der Rinde verlaufenNervenfasern. Ansammlungen vonNeuronen sind rosa, diemyelinhaltigen Fasernweiß. Im toten Gehirn färben sich die Neuronen grau. Deshalb heißen sie, obwohl sie während des Lebens rosa sind,graue Substanz.
Auf der Rinde lassen sich die sogenanntenRindenfelder lokalisieren, unterschieden zwischen primären Feldern und Assoziationsfeldern. Die primären Felder verarbeiten nur Informationen einer bestimmten Qualität, solche über Wahrnehmungen (Empfindung, zum Beispiel Sehen, Riechen, Berührung) oder über einfache Bewegungen. Die Assoziationsfelder stimmen verschiedene Funktionen aufeinander ab. Die Zuweisung eines Rindenfeldes zu einer bestimmten Funktion wird immer wieder definiert und relativiert. Erst das korrekte Zusammenspiel verschiedener Felder ermöglicht eine Funktion.
Zu den primären Feldern zählen zum Beispiel dervisuelle Cortex, der am hinteren Pol des Gehirns liegt und auf dem die Projektionen derSehbahn münden, und derauditorische Cortex, der der Verarbeitung akustischer Reize dient und seitlich imSchläfenlappen liegt.
Assoziative Felder finden sich unter anderem im vorderen Teil des Gehirns. Ihre Aufgaben sind zum BeispielGedächtnis und höhere Denkvorgänge.
Die Rindenfelder und ihre Funktionen können voneinander abgegrenzt werden, indem nach deren Ausfall (zum Beispiel durchSchlaganfall) die Tätigkeit des Patienten oder durch elektrische Stimulation, mikroskopische und andere Techniken das gesunde Gehirn untersucht wird. Neben der Großhirnrinde sind meist andere Hirnregionen an einer bestimmten Funktion beteiligt.
DerThalamus ist der Vermittler sensorischer und motorischer Signale zum und vomGroßhirn. Bei ihm laufen alle Informationen derSinnesorgane zusammen und werden weiter vermittelt. Er besteht hauptsächlich ausgrauer Substanz. DerHypothalamus steuert zahlreiche körperliche und psychische Lebensvorgänge und wird selbst teils neuronal über dasvegetative Nervensystem, teils hormonell über den Blutweg gesteuert.Hypothalamus undHypophyse (wichtige Hormondrüse des Körpers, die über den Hypophysenstiel mit dem Hypothalamus verbunden ist) sind das zentrale Bindeglied zwischen demHormon- und demNervensystem. Das Zwischenhirn ist beteiligt an derSchlaf-Wach-Steuerung (sieheARAS,Schmerzempfindung,Temperaturregulation).
AmKleinhirn lassen sich ebenfalls zwei Hemisphären unterscheiden. Zusätzlich werden weitere Teile abgegrenzt. Es ist zum Beispiel fürGleichgewicht undBewegungen und deren Koordination verantwortlich. Bei Tieren ist es – im Vergleich zum Großhirn – oft stärker entwickelt als beim Menschen, insbesondere bei Arten mitFlugvermögen oder bei schnellenRäubern.
Außerdem wird dem Kleinhirn eine Funktion beim unbewusstenLernen zugeschrieben. Neuere Forschungen (2005) lassen darauf schließen, dass es amSpracherwerb und dem sozialen Lernen beteiligt ist.
DerHirnstamm ist derstammesgeschichtlich 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 demMittelhirn, derBrücke (Pons) und demNachhirn (auch verlängertes Mark = Medulla oblongata genannt, da zwischenRückenmark und Brücke gelegen). Der Hirnstamm verschaltet und verarbeitet eingehende Sinneseindrücke und ausgehende motorische Informationen und ist zudem für elementare und reflexartige Steuermechanismen zuständig.
ImNachhirn kreuzen sich die Nervenbahnen der beiden Körperhälften. Außerdem werden hier vieleautomatisch ablaufende Vorgänge wieHerzschlag,Atmung oderStoffwechsel gesteuert. Ebenso befinden sich hier wichtige Reflexzentren, die zum BeispielLidschluss-,Schluck-,Husten- und andereReflexe auslösen. Das untere Ende des Nachhirns schließt an das Rückenmark an.
Größenvergleich: Gehirn des Homo Sapiens und eines Schimpansen
Nach der Trennung der beidenEvolutionslinien, welche einerseits zum modernen Menschen, demNeandertaler und demDenisova-Menschen und andererseits zu denSchimpansen geführt hatten, entstand vor etwa fünf Millionen Jahren das menschenspezifischeGenARHGAP11B durch eine teilweise Verdopplung (Duplikation) des in der Tierwelt weit verbreiteten GensARHGAP11A. Das vom ARHGAP11B-Genexprimierte Protein (Rho-GTPase-aktivierendes Protein 11B) enthält bei insgesamt 267Aminosäuren eine Abfolge von 47 Aminosäuren amC-Terminus, die ebenfalls für den Menschen spezifisch ist, im ARHGAP11A-Protein nicht vorkommt, und für die Fähigkeit von ARHGAP11B zur Vermehrung vonbasalen Vorläuferzellen imNeokortex von essentieller Bedeutung ist.[14][15]
Dies wird als Teil der Erklärung dafür angesehen, warum der menschliche Neokortex als derevolutionär jüngste Teil derGroßhirnrinde etwa dreimal so groß ist wie der Neokortex der Schimpansen.[16] Der entscheidende Effekt einer rasanten Zunahme der Gehirngröße setzte nach Ansicht der Forschenden jedoch erst später – aber schon vor mehr als 500.000 Jahren – mit einer zusätzlichenPunktmutation ein.[17][14]
Zwischen Männern und Frauen unterscheidet sich die relative Größe verschiedenerGehirnareale.[18] Am besten erforscht sind hierbei der Hippocampus und die Amygdala.
DerHippocampus, in Form und Größe einemSeepferdchen ähnlich, ist für das Lernen und die Erinnerungen zuständig und hat bei Männern und Frauen unterschiedliche anatomische Strukturen und neurochemische Zusammensetzungen. Im Verhältnis zum Gesamthirn ist der Hippocampus bei der Frau größer. Beim Mann ist jedoch dieCA1-Region größer und die Anzahl derPyramidenzellen erhöht.[18] Des Weiteren bestehen eine unterschiedliche Rezeptor-Affinität für verschiedene Neurotransmitter und Unterschiede in derLangzeitpotenzierung.[18]
Die Amygdala spielt eine Rolle beim Reproduktionsverhalten und stellt das Gedächtnis für emotionale Ereignisse dar.[18] Studien zeigten, dass es eine geschlechtsspezifische hemisphärischeLateralisation der Amygdalafunktionen in Beziehung auf die Erinnerung an emotionale Momente, bei der Reaktion auf glückliche Gesichter, bei der Verschaltung der Amygdala mit dem restlichen Gehirn sowie bei bestimmten Krankheiten, wie etwa der Depression, gibt.[18] Bei Frauen ist die linke Hälfte der Amygdala involviert, bei Männern die rechte.[18]
Auch sind die beiden Hirnhemisphären im Bezug auf Sprache und Raumvorstellung bei Männern tendenziell asymmetrischer organisiert, d. h. dieLateralisation des Gehirns ist ausgeprägter als bei Frauen,[19] die wiederum größere Frontallappen haben.[20]
Zur Entstehung diesesDimorphismus gibt es verschiedene Theorien. Ein Erklärungsansatz ist folgender:Geschlechtshormone, wieTestosteron und dieÖstrogene, wirken nicht nur auf die Keimdrüsen, sondern in vielfältiger Weise auf das gesamteNervensystem: aufNervenzellen,Synapsen,Genexpression. Dies gilt für die Zeit derEmbryonalentwicklung und während der Kindheit, derPubertät und im Erwachsenenalter.[21] So bewirken die Geschlechtshormone eine typische männliche beziehungsweise weibliche Entwicklung des Nervensystems. Dies wird zum Beispiel in derRegio praeoptica im Hypothalamus sichtbar, die bei jungen Männern im Vergleich zu Frauen vergrößert ist.
Ein entscheidender Faktor sind vermutlich die Barr-Körperchen, da viele X-chromosomale Gene in den neuronalen Prozessen der Gehirnentwicklung involviert sind. Die Barr-Körperchen entstehen durch zufällige Inaktivierung einesX-Chromosoms bei der Frau. Dies hat zur Folge, dass das weibliche Gewebe und die Organe, inklusive des Gehirns, ein Mosaik darstellen, da in jeder Zelle ein anderes Gen des polymorphen X-Gens exprimiert wird.[22] Auch Ian W. Craig und andere Wissenschaftler vermuten, dass die Differenzen zum großen Teil auf dieX-Inaktivierung zurückgehen.[23]
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Im Rahmen mehrerer Studien zeigten sich Unterschiede zwischen männlichen, weiblichen, sowiecis- undtransgeschlechtlichen Studienteilnehmern im Hinblick auf die Mikrostruktur der weißen Hirnsubstanz. Die Faserverläufe und damit die Struktur der Nervenverbindungen wiesen deutliche Unterschiede auf, bei denen die Ergebnisse derTranspersonen zwischen denen von Männern und Frauen lagen.[24] Dieselbe Studie lieferte Hinweise auf einen engen Zusammenhang zwischen den Faserverläufen und den Blutwerten von Geschlechtshormonen. Diese Befunde stützen die Annahme eines Einflusses der Geschlechtshormone auf die Hirnentwicklung[25], allerdings kommen andere Analysen zu dem Schluss, dass die Datenlage insbesondere im Bezug aufTransgeschlechtlichkeit unklar ist.[26]
Video: Vergleich vom Gehirn bei Vögeln (Goffinkakadu) vs. Menschen
Das Gehirn ist ein sehr aktives Organ mit einem besonders hohen Energiebedarf. Es macht beim Erwachsenen etwa 2 % der Körpermasse aus, verbraucht mit etwa 20 Watt etwa 20 % desGrundumsatzes,[27] beim Neugeborenen 50 %. Energie gewinnt es aus deraeroben Verbrennung vonGlucose, ausLaktat[28] undKetonkörpern. Glucose kann nicht vollständig durch die anderen Energieträger ersetzt werden.[29] Säuglingsgehirne können unmittelbar nach der Geburt zu einem ganz erheblichen Anteil Ketonkörper zur Energiegewinnung nutzen.[29] Einige Zeit nach Umstellung der Ernährung des Kleinkindes auf kohlenhydratreiche Nahrung wird die dafür erforderliche Enzymproduktion wieder reduziert oder ganz abgebaut und die Fähigkeit zur Ketolyse (zur Nutzung von Ketonkörpern für die Energiegewinnung) geht wieder verloren.[29] Das Verhalten des Blutglucosespiegels im Hungerstoffwechsel lässt vermuten, dass ein vollständig ketolysefähiges Gehirn priorisiert Ketonkörper (vorrangig vor der Glucose, selbst bei ausreichender Glucosezufuhr über das Blut) verarbeitet.[30]
Masse und Energiebedarf des menschlichen Gehirns im Vergleich mit anderen Organen[31][32]
90 % der Leistung benötigt dieNatriumpumpe, größtenteils im Zusammenhang mitAktionspotentialen. Da das Gehirn nur geringe, arealabhängige Speicherkapazitäten für Energie besitzt, führt ein Ausfall derSauerstoff- oder Glucoseversorgung bereits nach zehn Sekunden zu einem Funktionsausfall (Synkope, Ohnmacht) und nach wenigen Minuten zu spezifischen Hirnschäden. Die geringen, auf den ersten Blick evolutionär unverständlichen Reservoirs werden manchmal durch Platzmangel erklärt. Gemäß einer anderen – evolutionären – Erklärung wich die Ernährungsweise der Menschen in der Altsteinzeit sehr stark von der heutigen Zivilisationskost ab, wodurch die Ketolysefähigkeit der damaligen Gehirne zu jedem Zeitpunkt auf natürliche Weise erhalten blieb. Dies wird so erklärt, dass der menschliche Organismus zwar zu viel ausLebensmitteln aufgenommene Energie letztlich in den Körperfettdepots speichert – bei einer 70 kg schweren, gesunden, schlanken Person liegen 85 % der verwertbaren Körperenergien als Körperfett vor, 14,5 % als Proteine und nur 0,5 % als Kohlenhydrate[33] – aus Fett jedoch kaum noch Glukose herstellen kann: Anteilig nur noch 6 % aus dem Glycerin der Triglyceride, in deren Form Fett im Organismus gespeichert wird.[34] Einige Wissenschaftler nehmen an, dass die fettreichere Ernährung in der Altsteinzeit zum Wachstum des Gehirns des Menschen beitrug.[35]
Seit 1994 ist bekannt, dass die Nervenzellen über dieAstrozyten bei Bedarf eine genau bemessene Energiemenge aus dem Blut erhalten, es ist der aktive Vorgang „Energy on Demand“.[37] Die bedarfsabhängige Regulierung der Blutversorgung von Hirnarealen wird alsNeurovaskuläre Kopplung bezeichnet.
Durch den ungewöhnlich hohen durchschnittlichen Stoffwechsel im Gehirn besteht auch ein ungewöhnlich hoher Bedarf an biochemischer Abfallbeseitigung. Diese ist hier noch zusätzlich deshalb von erhöhter Bedeutung, da manche Stoffe, insbesonderefehlgefaltete Proteine, typischeGefährdungen des Gehirns beinhalten.
Astrozyten (Sternzellen) derGlia und Anlagerung ihrer Fortsätze an einer Ader. Der Raum zwischen Ader und diesen Anlagerungen ist Teil desglymphatischen Transportweges.
Obwohl es schon seit den 1980er Jahren konkrete Anzeichen für die Existenz eines speziellen Ausschwemmungssystems im Gehirn gab, wurde es erst 2012 mit Hilfe neuartiger Nachweismethoden als eigenständiges internes Kreislaufsystem entdeckt. In Anlehnung an das lymphatische System und wegen der entscheidenden Rolle derGlia (Stützzellen) wurde es „Glymphatisches System“ genannt.
Durch sehr enge Gefäßräume rund um die Außenwand von Adern, den so genanntenperivaskulären Raum(Spatium perivasculare), gelangt ein kleiner Teil der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) aus dem Zwischenraum zwischenSchädeldecke und Gehirn (Subarachnoidalraum oderäußerer Liquorraum) in alle Bereiche des Gehirns, wird mit Hilfe der Glia dort verteilt und fließt am Ende – unter Mitnahme von Abfallstoffen – wieder ab zur Gehirnhaut und zum lymphatischen System außerhalb des Gehirns.[38][39]
Oft werden Vergleiche zwischen der Leistungsfähigkeit einesComputers 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 wurde versucht, aus der Funktionsweise von Computern auf die des Gehirns zu schließen. Mittlerweile besteht das Bemühen in derComputational Neuroscience und derbionischenNeuroinformatik, die Funktionsweise des Gehirns teilweise auf Computern nachzubilden oder dadurch auf neue Ideen zur „intelligenten“ Informationsverarbeitung zu kommen (sieheBlue 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 Organisationkünstlicher Intelligenzprozesse etabliert.
Bei Vergleichen mit modernen Computern zeigt sich die Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns. Während das Gehirn etwa 1013analoge Rechenoperationen pro Sekunde schafft und dabei etwa 15 bis 20 Watt Leistung benötigt, schafft der SupercomputerBlueGene/L vonIBM bis zu 3,6·1014Gleitkommaoperationen pro Sekunde mitdoppelter Genauigkeit, wozu jedoch etwa 1,2 Megawatt benötigt werden.Intels erster Teraflop-Chip Prototyp „Terascale“ mit 80 Prozessorkernen schafft hingegen etwa 1012 Gleitkommaoperationen miteinfacher Genauigkeit bei 85 Watt (oder 2·1012 Gleitkommaoperationen bei 190 Watt und 6,26 GHz), was immer noch dem 50- bis 5000-fachen Energiebedarf entspricht. Zwar erreichen moderne 3D-Grafikkarten vergleichbare Werte bei geringerem elektrischen Leistungsbedarf, Grafikchips sind jedoch stärker auf bestimmte Rechenvorgänge spezialisiert.
Es ist allerdings zu beachten, dass die hohe Rechenleistung des Gehirns vor allem durch seine vielen parallelen Verbindungen (Konnektivität) und nicht durch eine hohe Geschwindigkeit bei den einzelnen Rechenvorgängen (Taktfrequenz) erzielt wird. Künstliche Neuronen arbeiten 100.000-mal schneller als Neuronen des menschlichen Gehirns.
Zusätzlich zur Parallelisierung stellt ein neuronales Netzwerk gleichzeitig eine Speicher- und eine Verarbeitungslogik dar, während diese bei Computern, die auf derVon-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.
Rechenvorgänge, die auf einem Computer effizient ablaufen, sind meistens nicht effizient in einem neuronalen Netzwerk abbildbar und umgekehrt. Aufgrund der Ineffizienz bestehenderComputerarchitekturen für bestimmte Aufgaben, wie beim Sehen, werden neuronale Netzwerke, wie dasjenige desNeocortex, durchNeuromorphing nachgebildet.[40][41]
Im März 2009 bildeten künstliche neuronale Netzwerke im Rahmen desFACETS-Projekts 200.000 künstliche Neuronen mit 50 Millionen künstlichen Synapsen auf einem einzelnen 8 Zoll (20,32 cm Diagonale) großen Computerchip ab. Im Juli 2014 stellte IBMTrueNorth vor, welcher 1 Million Neuronen und 256 Millionen Synapsen auf einem Chip mit einerTDP von 70 mW, oder 16 Millionen Neuronen mit 4 Milliarden Synapsen in einem einzelnenRack integriert.[42]
Die Ansicht, das Gehirn als ein „Hypothesengenie“ oder eine „Vorhersagemaschine“ zu sehen, hatte bereitsHermann von Helmholtz, da andere Ansätze, das Gehirn künstlich nachzuempfinden, zu bisher unlösbaren Problemen führten und scheiterten. Der Ansatz geht davon aus, dass das GehirnHypothesen bildet und alle Eindrücke und Wahrnehmungen in die gespeicherten Muster einbaut und vergleicht. Wenn das Wahrgenommene nicht mehr auf die einzelne Hypothese passt, wird diese verworfen und nach Bedarf eine neue erstellt. Dies zeige sich klassisch bei der Interpretation vonKippfiguren.[43]
Während das Gehirn einer Ratte etwa 200Millionen Neuronen enthält,[44] besitzt das einesMenschen neueren Untersuchungen zufolge durchschnittlich etwa 86 Milliarden[45] Nervenzellen. Davon liegen etwa 16 Milliarden Neuronen in derGroßhirnrinde(Cortex cerebri), etwa 69 Milliarden imKleinhirn(Cerebellum) und rund 1 Milliarde in den restlichen Hirnregionen (vonHirnstamm,Zwischenhirn undBasalganglien).[45]
Miteinander verbunden sind Neuronen überSynapsen, im menschlichen Hirn geschätzt rund 100 Billionen, sodass durchschnittlich eine Nervenzelle mit über 1000 anderen verbunden ist. Doch gibt es lokal deutliche Abweichungen von diesem Mittelwert,[46] denn nicht die Dichte, sondern das Muster von neuronalen Verknüpfungen ist für neurale Funktionen entscheidend. Ein häufiges Organisationsprinzip des Gehirns ist die Abbildung von Nachbarschaftsverhältnissen: was nebeneinander im Körper liegt, wird in Hirnarealen oft nebeneinander repräsentiert (Somatotopie).
Obwohl ausschließlich die Nervenzellen Erregungen als neuronale Impulse leiten und an Synapsen überNeurotransmitter als Signal weitergeben, spielen die sie umgebendenGliazellen dabei keine unwesentliche Rolle. Die insgesamt etwa ebenso häufigen, meist kleineren Gliazellen ermöglichen Nervenzellen eine rascheErregungsleitung und störungsfreieSignalübertragung, nehmen ausgeschüttete Botenstoffe auf, sorgen für die Bereitstellung von Nährstoffen und sind an den physiologischen Barrieren derBlut-Hirn- und derBlut-Liquor-Schranke beteiligt. Im sich entwickelnden Gehirn, und in sich weiterentwickelnden Hirnregionen, nehmen sie Einfluss auf die Ausbildung, Stabilität und Gewichtung der synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen; bei Schädigungen peripherer Nerven bilden sie eine zur Wiederherstellung nötige Leitstruktur.[47]
DieKonnektom-Forschung hat das Ziel, alle Verbindungen zwischen den Neuronen zu kartieren.
Der ehemalige US-PräsidentBarack Obama hat zu Beginn seiner zweiten Amtszeit Planungen für ein sehr großes Forschungsprojekt namensBrain Activity Map Project bekanntgegeben, im Zuge dessen das menschliche Gehirn komplett kartiert werden soll. Dies wäre das größte wissenschaftliche Vorhaben seit vielen Jahren (das letzte war dasHuman Genome Project). Experten hoffen auf Therapien gegenAlzheimer-Krankheit undParkinson sowie auf Erkenntnisse über menschliches Denken und Fühlen.[48] Erste Ansätze wurden im Juli 2012 in der FachzeitschriftNeuron veröffentlicht.[49]
Das US-Projekt ist nicht mit demHuman Brain Project zu verwechseln, das im Februar 2013 durch die EU gestartet wurde. Eine Jury hatte die Erforschung des Gehirns ebenfalls als ein Schlüsselprojekt der Zukunft ausgewählt; gefördert wird es mit einer Milliarde Euro.[48][50]
2008 wurden auf dem Gelände derUniversity of York (England) die Überreste eines 2500 Jahre alten menschlichen Schädels gefunden, dessen Gehirn überwiegend erhalten ist. Forscher vermuten, dass das Gehirn des wahrscheinlich 26–45 Jahre alten Mannes unter anderem deswegen bis heute so gut erhalten blieb, weil der Kopf – ein Körper wurde nicht gefunden – seinerzeit unmittelbar nach dem Tod in nasser Lehmerde begraben wurde. Eine vollständige Klärung, warum das Gehirn nicht schon längst zerfallen ist, konnte bislang nicht gefunden werden.[51]
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