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Was ist das Gehirn?

Was ist das Gehirn? Das Gehirn ist ein komplexes Organ, das einen Teil des Zentralnervensystems (ZNS) und den größten Teil des Encephalons bildet. Es befindet sich in der vorderen und oberen Region der Schädelhöhle und ist in der ganzen Wirbelsäule präsent. Im Schädel schwimmt das Gehirn in einer durchsichtigen Flüssigkeit, der Cerebrospinalflüssigkeit, die das Gehirn sowohl physisch als auch immunologisch schützt.

Ist das Gehirn ein Muskel? Oft hört man, dass wenn das Gehirn nicht trainiert wird, dieses wie ein Muskel verkümmert. Doch es ist wichtig zu verstehen, dass das Gehirn kein Muskel ist. Das Gehirn besteht nicht aus Myozyten wie die Muskelzellen, sondern aus Millionen von Neuronen, die durch Axone und Dendriten verbunden sind. Diese regulieren jede einzelne unserer Gehirn- und Körperfunktionen: das Atmen, Essen, Gehen, die Fähigkeit des logischen Denkens, sich zu verlieben, zu argumentieren... alles wird vom Gehirn kontrolliert.

Was ist das Gehirn?

Was macht unser Gehirn? Gehirnfunktionen

Als wichtiger Teil des Encephalons und des ZNS kann das Gehirn als "Manager" definiert werden, der die Mehrheit der Gehirn- und Körperfunktionen kontrolliert und reguliert: vitale Funktionen wie das Atmen, Hunger, Durst und auch höhere Funktionen wie logisches Denken, Aufmerksamkeit und Gedächtnis. Das Gehirn ist dafür verantwortlich, dass all diese bewussten und unbewussten Funktionen richtig ausgeführt werden.

Alle Ereignisse in unserem Leben, Schlafen oder Wachsein, Atmen, Schlucken, Sehen, Höhren, Berühren, Lesen oder Schreiben, Singen, Tanzen, stilles Denken oder lautes Sprechen, Lieben oder Hassen, Gehen oder Rennen, Planen oder Spontanität, Vorstellung oder Ausführung, etc. In einer Liste können einige der Gehirnfunktionen wie folgt zusammengefasst werden:

  • Kontrolle vitaler Funktionen: Kontrolle von Körpertemperatur, Blutdruck, Herzrhythmus, Atmung, Schlafen, Essen...
  • Aufnahme, Verarbeitung, Integration und Interpretation aller Informationen, die wir über die Sinnesorgane erhalten: Sehen, Höhren, Schmecken, Berühren, Riechen.
    • Kontrolle der Bewegungen und Haltung: Gehen, Rennen, Sprechen, Stehen.
    • Das Gehirn ist verantwortlich für unsere Gefühle und unser Verhalten.
    • Es erlaubt uns, zu denken, zu argumentieren, zu fühlen, zu sein...
    • Kontrolle aller höheren kognitiven Funktionen: Gedächtnis, Lernen, Wahrnehmung, exekutive Funktionen...

"Menschen sollten wissen, dass nur vom Gehirn Freude, Vergnügen, Lachen und Sport, aber auch Sorgen, Kummer, Mutlosigkeit und Wehklagen ausgehen. Damit erreichen wir auf eine besondere Art Weisheit und Wissen, wir hören und sehen, wissen, was fair oder unfair, gut oder schlecht ist, süß oder geschmacklos... Dasselbe Organ bewirkt, dass wir verrückt oder wahnsinnig werden, von Angst und Schrecken geplagt werden... All diese Dinge, an denen wir leiden, werden vom Gehirn verursacht, wenn es nicht gesund ist... Ich bin der Meinung, dass Gehirnübungen die größte Macht des Menschen sind. Hippokrates (4. Jahrhundert v. Chr.)

Bereits Hippokrates wusste, dass das menschliche Gehirn eines der komplexesten, geheimnisvollsten und gleichzeitig perfektesten Kreationen des Universums ist. Damals konnten Hippokrates und seine Zeitgenossen all das nicht ahnen, was wir inzwischen über das Gehirn wissen. Dank der technologischen Fortschritte in Neuroimaging, Medizin, Biologie, Psychologie und den Neurowissenschaften haben wir viele der großen Mysterien über unsere Anatomie und Gehirnfunktionen entschlüsselt. Trotzdem stehen noch sehr viele Fragen offen.

Teile des Gehirns

Definition des Gehirns: Was ist das Gehirn und aus welchen Teilen besteht es

Alle Wirbeltiere (Tiere mit Knochen) haben ein Gehirn, das sich aus folgenden Teilen zusammensetzt:

  • Hirnstamm: Rückenmark, Pons und Mittelhirn. Der Hirnstamm kontrolliert automatische Funktionen wie Blutdruck und Herzschlag, limbische Bewegungen und viszerale Funktionen, wie Verdauung und Harndrang.
  • Kleinhirn: Dies ist das zweitgrößte Organ im Encephalon. Es ist für die Kontrolle von Haltung und Bewegungen zuständig.
  • Hypothalamus und Hypophyse: Diese sind für viszerale Funktionen zuständig, beispielsweise die Regulation der Körpertemperatur und grundlegendes Verhalten wie Essen, sexuelle Reaktion, Genuss, Aggression...
  • Das Gehirn besteht aus der Hirnrinde, dem Cortex (Hemisphären und zerebralen Lappen) und tieferen Strukturen, wie Basalganglien, Amygdala und Hippocampus. Es ist für die Integration der durch die Sinnesorgane gesammelten Information und eine entsprechende Antwort darauf verantwortlich. Es kontrolliert ebenfalls motorische Funktionen, Emotionen und alle höheren kognitiven Funktionen: logisches Denken, emotionaler Ausdruck, Gedächtnis, Lernen.

Charakteristika des menschlichen Gehirns

Wie viel wiegt das menschliche Gehirn? Wie groß ist es? Wie viele Neuronen befinden sich im Gehirn?

  • Die menschliche Hirnrinde (cerebrale Cortex) zählt zu den komplexesten und meist entwickelten im gesamten Tierreich. Sie ist nicht nur größer, sondern auch vielfältig gefaltet und durch Furchen und Rillen gekennzeichnet, die ihr das charakteristische Aussehen erteilen.
  • Das menschliche Encephalon wiegt zwischen 1,4 und 1,5 Kilo und hat ein Volumen von ungefähr 1130 cm³ bei Frauen und ungefähr 1260 cm³ bei Männern.
  • Das Gehirn (und der Hirnstamm) wird von der Hirnhaut überzogen, welche beispielsweise bei einem Schlag auf den Schädel Schutz bietet.
  • Auch die Cerebrospinalflüssigkeit, in der das Gehirn "schwimmt", bietet zusätzlichen Schutz.
  • Man schätzt, dass das menschliche Gehirn aus über 100 Milliarden Nervenzellen besteht, die meisten davon sind Gliazellen und Neuronen.

Was ist das Gehirn? Wozu dienen das menschliche Gehirn und die Neuronen?

NEURONEN: Neuronen sind Zellen, die darauf spezialisiert sind, Information auf interzellulärer und intrazellulärer Ebene aufzunehmen, zu verarbeiten und weiterzugeben. Dies passiert durch elektrochemische Signale (Nervenimpulse), die Aktionspotential genannt werden. Die Struktur der Neuronen weist dieselben Zytoplasma-Elemente und dieselbe genetische Information auf wie die restlichen Zellen im Organismus. Neuronen bestehen aus drei Teilen:

  • Zellkörper oder Soma: Dies ist der Hauptteil der Zelle, der den Zellkern (mit der DNA), das endoplasmatische Retikulum sowie die Ribosomen (produzieren Proteine) und Mitochondrien (generieren Energie) beherbergt. Im Soma finden die meisten metabolischen Funktionen der Zelle statt. Wenn das Soma stirbt, stirbt auch die Zelle.
  • Axone: Hier handet es sich um den Fortsatz der Nervenzelle. Dieser kann mit einem Kabel verglichen werden, das am Ende einen Knopf hat, nämlich die synaptische Kontaktstelle, durch die Nervenimpulse übermittelt werden (präsynaptisches Element). Die Länge der Axone kann sehr unterschiedlich ausfallen: Es gibt sehr kurze (weniger als 1 mm lang) und auch sehr lange (über 1 m lang, normalerweise peripherische Nerven, wie motorische Neuronen). Manche Axone (insbesondere der motorischen und sensorischen Neuronen) werden von einer Myelinschicht umgeben, welche die Geschwindigkeit verbessert und die Übertragung von Information vereinfacht. Stark myelinisierte Axone können die Nervenimpulse deutlich schneller weiterleiten. Periphere Axone (sensorische und motorische) sind stärker myelinisiert, da hier die Information einen längeren Weg zurücklegen muss.
  • Dendriten: Als Dendriten bezeichnet man die Zellfortsätze, die aus dem Zellkörper hervorgehen und sich baumartig verzweigen. Dentriten bilden das Hauptelement für die Aufnahme von Information (post-synaptisches Element). Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen zwei Neuronen.

GLIAZELLEN: Die meisten Zellen im ZNS sind Gliazellen. Diese haben die Fähigkeit, sich im erwachsenen Gehirn zu teilen (Neurogenese). Sie sind beispielsweise für das korrekte Funktionieren des Gehirns notwendig. Gliazellen bilden das Stützgerüst für die Nervenzellen, sorgen durch die Myelinumhüllung für eine bessere synaptische Übertragung (Schwann-Zellen), sind am Stofftransport, dem Regenerationsmechanismus und der Zellreperatur beteiligt und spielen auch bei den Immunisierungsmechanismen und bei der Erhaltung der Blut-Hirn-Schranke eine Rolle. Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen, darunter beispielsweise Astrozyten, Oligodendrozyten oder Mikroglia. Im peripheren Nervensystem sind beispielsweise Schwann-Zellen, Satellitenzellen und Makrophagen vorzufinden:

  • Die graue Substanz im Gehirn besteht überwiegend aus Zellkörpern und Dendriten.
  • Die weiße Substanz ist jener Bereich, in dem vorwiegend Axone vorhanden sind. Diese haben eine weißliche Hülle, da sie von Myelin umgeben sind.

Wie funktioniert das Gehirn?

Das Gehirn funktioniert, indem Information zwischen den Neuronen (oder anderen Rezeptoren oder Effektorzellen) durch elektrochemische Impulse übermittelt wird. Die Informationsübertragung geschieht durch die Synapse. Bei diesem Vorgang verbinden sich Neuronen mit Zellen, wobei es durch chemische Ladungen, elektrische Impulse und Neurotransmitter zu einem Austausch kommt. Dadurch kann die Aktion der anderen Zelle aktiviert oder blockiert werden. Die präsynaptische Endigung (Axonterminale) sind prä-synaptische Elemente neuronaler Kommunikation, durch die Neuronen mit Dendriten, dem Zellkörper oder auch anderen Axonen in Kommunikation treten.

Die Informationsübertragung der Neuronen spielt sich in Millisekunden ab. Hunderte von Verbindungen, die es uns erlauben, wahrzunehmen, zu verstehen und entsprechend zu reagieren, müssen koordiniert werden. Wir erhalten Tausende von Inputs und generieren auch unzählige Outputs in Sekundenschnelle, alles funktioniert mit der Präzision einer Schweizer Uhr. Wir können uns das Gehirn als langes Kabel vorstellen, das den ganzen Körper miteinander verbindet.

Wie funktioniert das Gehirn?

Entwicklung des menschlichen Gehirns

Wie entwickelt sich das menschliche Gehirn? Die Entwicklung des menschlichen Gehirns beginnt im Embryonalstadium und endet in der Jugend. Nur vier Wochen nach der Empfängnis formt das Gehirn ein Neuralrohr, aus dem sich der Hirnstamm entwickelt. Der atemberaubende Prozess der Gehirnentwicklung beginnt danach mit der Proliferation, Migration und Zelldifferenzierung. Die Neuronen werden im Neuralrohr produziert und migrieren später, um die wichtigen Teile des Gehirns zu bilden. Danach kommt es zur Differenzierung und Spezialisierung der Zellen, die für verschiedene Funktionen verantwortlich werden.

Es wurde berechnet, dass im vorgeburtlichen Stadium bis zu 250000 Gehirnzellen pro Minute produziert werden können. Bei der Geburt verfügt ein Baby bereits über alle benötigten Nervenzellen, doch diese müssen noch miteinander verbunden werden. In den ersten zwei Lebensjahren bilden sich die neuronalen Verbindungen hauptsächlich durch die Umwelt und die erhaltenen Stimuli, werden jedoch genetisch bedingt. Der Myelinisierungsprozess (dabei werden Nervenfasern mit einer Isolierschicht aus Fett umgeben, damit Information schneller übertragen werden kann) ermöglicht, dass dieser Prozess schneller ausgeführt werden kann und ist dafür verantwortlich, dass das Encephalon größer wird.

Im Alter von 0-12 Monaten: Der Gehirnstamm und das Rückenmark sind bei Babys noch nicht ausgebildet, deshalb reagieren diese nur auf grundlegende Reize und äußern überlebenswichtige Reflexe und Funktionen, wie Schlafen, Essen oder Schreien. Durch die Beziehung zur Umwelt werden neue neuronale Verbindungen geschaffen und so lernen Babys schnell Neues, beispielsweise, die Bewegung der Augen, die Wiederholung von Lauten, das Verstehen von Sprache...

Mit 3 Jahren: Das Gehirn hat bereits 80% der Größe eines erwachsenen Gehirns erreicht, das limbische System und die Hirnrinde (der Cortex) sind weitgehend entwickelt. Dadurch können sich Kinder in diesem Alter ausdrücken, Emotionen erkennen, spielen und mit dem Sprechen und Zählen beginnen. Man geht deshalb davon aus, dass das Gehirn in diesem Alter die maximale Gehirnplastizität oder Neuroplastizität erreicht hat. Auch wenn ein Gehirnbereich geschädigt ist, können die Funktionen erlernt werden (da die Spezialisierung noch nicht vollständig abgeschlossen ist).

Das Gehirn hört nach der Jugend nicht auf, sich weiterzuentwickeln: Die Frontallappen benötigt am längsten in der Entwicklung, diese sind insbesondere für das Verhalten, das logische Denken, Problemlösen usw. verantwortlich.

Auch nachdem die Gehirnentwicklung in der Jugend abgeschlossen ist, ist das Gehirn weiterhin fähig, neurogenetische Prozesse (Bildung neuer Nervenzellen) durchzuführen und neue neuronale Verbindungen durch Training und Wiederholung aufzubauen. Die ist die Grundlage der Neuroplastizität.

Entwicklung des menschlichen Gehirns

Ist es möglich, das Gehirn zu trainieren und zu verbessern? Wie CogniFit helfen kann

Dank der Gehirnplastizität und der Fähigkeit, neue neuronale Verbindungen zu schaffen und bereits vorhandene zu stärken, können wir unsere kognitiven Fähigkeiten verbessern. Kognitive Stimulation und Training durch Übungen, wie sie beispielsweise von CogniFit zur Verfügung gestellt werden, können dabei helfen.

Kann man das Gehirn verbessern?

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