Zurück zur Leitseite dieses Kapitels

Das menschliche Gehirn und seine Makrostrukturen

Es ist typisch für die evolutionsgeschichtlich zu verstehende Entwicklung des menschlichen Gehirns, dass sich im Verlauf seiner Entwicklung über alten Strukturen mit 'primitiven' Funktionen neue Strukturen mit 'höheren' Funktionen gebildet haben. Die drei großen Teile oder 'Stockwerke' des Gehirns, die sich im Verlauf der Evolution nacheinander ausgebildet haben, sind der Hirnstamm, das Limbische System, und der Cortex (=Großhirn).

Innerhalb der verschiedenen Regionen (Lappen) des Großhirns macht sich die evolutionäre Entwicklung weiterhin darin bemerkbar, dass es in ihnen zu einer Arbeitsteilung kommt zwischen primären Assoziationsarealen, welche die vom Körper kommenden primären Sinnesdaten registieren, und sekundären Assoziationsarealen, die sich 'hinter' den alten primären Assoziationsarealen bilden und deren Aufgabe es ist, eine sinngebende Deutung der primären Sinnessignale vorzunehmen. Das geschieht über ein dichtes Netz an neuronalen Parallelfasern, die quer über alle Hirnregionen hinweg z.B. visuelle, auditive, haptische und andere Primärsignale kontextorientiert interpretieren. Sie greifen zu dem Zweck auf gespeicherte Erfahrungen zurück. Dem entspricht, dass alles Wissen und Können über alle Hirnregionen hinweg verteilt gespeichert vorliegt. Es wird bei Bedarf über das Arbeitsgedächtnis parallel aktiviert.

Der Hirnstamm

Der älteste Teil des Gehirns ist der Hirnstamm. Er wird auch das Reptilienhirn genannt. Er ragt gleich dem Stamm einer Zwiebel in die Mitte des schalenförmig aufgebauten Gehirns hinein. Er hat vegetative Funktionen, dient also der unbewussten Regelung von Atmung, Blutdruck, usw. Von ihm gehen außerdem auf die Selbsterhaltung gerichtete instinkthafte Reaktionen aus (‚fight or fly impulse’). Über den Hirnstamm und das Rückenmark verlaufen Nervenbahnen, die das Gehirn mit den Organen des Körpers verbinden.

Das Limbische System

Der Hirnstamm wird umschlossen von dem über ihm liegenden Limbischen System. Zu ihm gehören der Hippocampus, die Amygdala, die Hypophyse, der Hypothalamus und Teile des Thalamus. Das Limbische System ist über den Hypothalamus mit dem darunterliegenden Stammhirn und über den Thalamus mit dem darüberliegenden Großhirn verknüpft. Es wird auch das emotionale Gehirn genannt. Von hier gehen die neuronalen Impulse aus, die dafür sorgen, dass die für jedes Lernen und Handeln wichtigen affektiven Bewertungen der 'draußen' wahrnehmbaren Objekte, Personen und Handlungen erfolgen. Demgemäß hat hier die für alles Lernen und Handeln nötige Motivation ihren Ursprung. Ohne Motivation kein Handeln und kein Lernen.

Evolutionsgeschichtlich entwickelte sich das Limbische System in der Phase der Entwicklung der Säugetiere. Dem entspricht, dass es Impulse reguliert, die mit der sozialen Natur von Tieren, also mit elementaren Gefühlsregungen wie Sorge um den Nachwuchs, Angst, Liebe, Lust, usw. zu tun haben. Solche Empfindungen sind typisch für Säugetiere, die im sozialen Verbund leben. Auch der Spieltrieb und das Lernen durch Nachahmen haben hier ihren Ausgangspunkt.

Die physiologische Funktion des Limbischen Systems besteht darin, die Ausschüttung von Hormonen und chemischen Nervenbotenstoffen (Neurotransmitter) wie Dopamin, Adrenalin und Noradrenalin zu regeln. Diese Neurotransmitter nehmen Einfluss darauf, wie motiviert oder desinteressiert ein Mensch auf bestimmte Stimuli reagiert, die ihn von außen erreichen. Die Qualität der möglichen Reaktionen wird im weiteren durch das Zusammenspiel mit der Menge und Qualität des Wissens geprägt, das verteilt in den verschiedenen Regionen des Großhirns gespeichert ist. Das erinnert an die allen Lehrern und Schülern bekannte Tatsache, dass Einstellungen, Haltungen und Lernmotivation entscheidenden Einfluss auf Lernprozesse nehmen und dass parallel dazu der Erwerb bestimmter kognitiver Fähigkeiten die Bedingung dafür ist, dass noch komplexere Fähigkeiten erlernt werden können. Dem entspricht auch die bekannte Wechselwirkung zwischen Emotion und Kognition, die sich in Alltagsweisheiten äußert wie: Nothing succeeds like success.

Das Limbische System ist 'Durchlaufstation' für zwei wichtige Nervenstränge. Der eine verläuft direkt von den Sinnesorganen des Körpers über den Thalamus, der das Tor zum Bewusstsein genannt wird, zu den verschiedenen Regionen des Cortex. Er ist also eine wichtige Schaltzentrale im Verbund der drei großen Teile des Gehirns (Stammhirn - Limbisches System - Großhirn) und ihrer zentralen Kontrolle. Der andere Nervenstrang von und zum Körper läuft über den Hypothalamus und bindet das Limbische System ein in das Geflecht der neuronal fundierten Entscheidungsprozesse. Sie reagieren auf sinnliche Wahrnehmungen der Umwelt ebenso wie auf von Meldungen über die Bedürfnisse des Organismus, die von innen kommen. Der Hypothalamus nimmt so Einfluss darauf, welche der vielen immer gleichzeitig registrierten Sinneseindrücke unterdrückt und welche beachtet und weiter verarbeitet werden.

Die Leistungen von Thalamus und Hypothalamus werden ergänzt durch die Leistungen des Hippocampus. Er registriert die Kontextbedingungen des Erlebens. Sie bilden die Grundlage dafür, dass man sich daran erinnern kann, bestimmte Erfahrungen schon einmal gemacht zu haben (episodisches Gedächtnis). Welche erschreckenden Folgen es hat, wenn durch Hirnverletzungen oder chirurgisch nötige Eingriffe das Limbische System oder wichtige neuronale Verbindungen zu ihm zerstört werden, macht das Schicksal von Personen deutlich, die solche Verletzungen erlitten haben.

Einem Patienten (H.M.), der an unheilbarer Epilepsie litt, wurde chirurgisch der Hippocampus entfernt. Das stoppte zwar die Epilespie, hatte aber dramatische Folgen: H.M. konnte sich fortan nicht mehr daran erinnern, was er einen Tag oder auch nur wenige Stunden zuvor getan hatte. Er war also unfähig neue Fakten zu lernen bzw. bewußt zu erinnern. Andererseits erinnerte er sich sehr wohl an alles, was er vor seiner Operation gelernt hatte. Ähnliche Reaktionen zeigen auch andere Patienten mit Schäden im Bereich des Limbischen Systems. Ein amerikanischer Seemann erkennt den gegenwärtigen Präsidenten der USA nicht und beharrt darauf, dass der vor zwanzig Jahren amtierende Präsident noch immer im Amt ist, obwohl er weiß, dass die Amtszeit von Präsidenten zeitlich beschränkt ist. Er erkennt und spricht mit seinem Bruder, betont aber bei jedem Besuch, dass dieser um zwanzig Jahre gealtert sei, seit er ihn das letzte Mal gesehen habe. Er wird für den Rest seines Lebens hospitalisiert bleiben, wobei er sich höflich beklagt, dass jeden Tag neue Krankenschwestern Dienst tun.

Für die Vielschichtigkeit der menschlichen Informationsverarbeitungsprozesse, die charakterisiert sind durch parallele und normalerweise sich sinnvoll ergänzende Aktrivierungen von affektiven, kognitiven und situativen Aspekten des mental repräsentierten Wissens um eine bestimmte 'Sache', ist typisch, dass Patienten wie H.M. sich zwar nicht mehr bewusst an vergangene Ereignisse erinnern können, aber dennoch lernen können, praktische Tätigkeiten besser auszuführen. So lernte z.B. H.M. neue komplizierte Tätigkeiten praktisch zu bewältigen, wie das koordinierte Ersetzen von Scheiben im Turm-von-Hanoi Spiel. Er wusste aber nicht, dass er das Spiel erlernt hatte, was er jeden Tag aufs Neue betonte. Dennoch konnte er es jeden Tag besser ausführen. Das weist hin auf die Notwendigkeit einer Unterscheidung zwischen dem so genannten deklarativen Gedächtnis (dem bewussten Wissen) und dem prozeduralen Gedächtnis (den unbewusst aktivierbaren Handlungen).

Das Großhirn

Das Großhirn (Cerebrum) ist der evolutionsgeschichtlich jüngste Teil des Gehirns. Es ist beim Menschen wesentlich größer als bei den Tieren. Es macht etwa 85 Prozent der Gehirnmasse des Menschen aus. Es verbraucht auch einen sehr großen Teil des gesamten Energiehaushalts des Körpers. Seine Funktion ist, grob gesagt, dass hier Erfahrungswissen gespeichert und eine kognitive Kontrolle über emotionale Impulse ausgeübt wird. Die 'Kontrolle' ist dabei eine spezifische Aufgaben des präfrontalen Cortex, der beim Menschen wesentlich größer ist als bei Tieren (30% des Cortex beim Menschen gegenüber 17% bei den Primaten).

Das Großhirn ist in Längsrichtung (linkes Bild) durch eine Furche in zwei Hälften geteilt. Die linke und rechte Hälfte sind aber in der Hirnmitte durch eine breite Nervenfasernplatte, das corpus callosum (mittleres Bild), verbunden, über welche sie ständig Informationen austauschen. Die linke Hirnhälfte ist für die Kontrolle der Glieder der rechten Körperseite zuständig; umgekehrt kontrolliert die rechte Hirnhälfte die linke Körperseite. Darin aber erschöpfen sich die Aufgaben der beiden Hirnhälften nicht. Die nachstehende Grafik benennt einige der vielen weiteren Funktionen, die den beiden Hirnhälften darüber hinaus zugeordnet werden.

Die skizzierten Hauptfunktionen der drei anatomisch gut erkennbaren 'Stockwerke' des menschlichen Gehirn werden mit dem folgenden Bild noch einmal anschaulich wiedergegeben.

Das Kleinhirn

Neben den vorgenannten drei Teilen bzw. ‚Stockwerken’ des Gehirns findet sich an seinem hinteren unteren Ende das Kleinhirn (Cerebellum). Es ist zuständig für die unbewusste bzw. voll automatisierte Koordination aller Bewegungen und den Gleichgewichtssinn. Aber auch willentliche Muskelanspannungen, die mittels automatisierter Routinen für die richtige Körperhaltung und das Gleichgewicht sorgen, werden von hier aus gesteuert.

Merksätze

Das menschliche Gehirn besteht aus drei schalenförmig übereinander liegenden Teilen, die evolutionsgeschichtlich nacheinander entstanden sind. Der unterste und älteste Teil ist das Stammhirn. Es hat primär vegetative Funktionen.

Das Stammhirn wird umschlossen von dem darüber liegenden Limbischen System, das auch das emotionale Gehirn genannt wird. Es hat mit seinen verschiedenen Teilen eine wichtige Funktion für dieAusbreitung von Neurotransmittern.

Neurotransmitter nehmen Einfluss auf die biochemische Aktivierung und Deaktivierung von Neuronengruppen. Das limbische System trägt somit zur sozial-affektiven Bewertung von Situationen und Erfahrungen bei. Ohne eine Bewertung von Situationen würde es an der Motivation zur Auslösung von Handlungen (Prozessen im Gehirn) fehlen.

Über dem limbischen System liegt das Großhirn. Es ist durch Furchen in vier Lappen unterteilt. In ihnen ist nach modular getrennten Aspekten und deshalb in verteilter Form das aus Erfahrungen resultierende Wissen gespeichert. Es wird bei Bedarf parallel aktiviert. In dem Kontext hat das präfrontale Areal die Aufgabe einer zentralen Kontrolle; es ist der Sitz des Arbeitsgedächtnisses.

Play a game and test your knowledge:

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp1.html

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp2.html

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp3.html

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp4.html

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp5.html

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp6.html

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp7.html

http://faculty.washington.edu/chudler/jigp8.html

Uwe Multhaup 19-07-2002

Zum nächsten Kapitel (Hirnareale und ihre Funktionen)