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Das geheimnisvolle Gehirn: Wie es zum Kontrollzentrum tierischer Nervensysteme wird
Das Gehirn ist das zentrale Organ des Nervensystems aller Wirbeltiere und der meisten Wirbellosen. Das Gehirn besteht aus Nervengewebe und befindet sich normalerweise im Kopf, oft in der Nähe spezieller Sinnesorgane wie Sehen, Hören und Riechen. Als das am stärksten spezialisierte Organ ist das Gehirn dafür verantwortlich, Informationen vom sensorischen Nervensystem zu empfangen, diese Informationen zu verarbeiten (Denken, Kognition und Intelligenz) und die motorische Kontrolle (Muskelaktivität und endokrines System) zu koordinieren.
Während die Gehirne von Wirbellosen aus paarigen segmentalen Ganglien (jedes Ganglion ist nur für ein entsprechendes Körpersegment verantwortlich) des ventralen Nervenstrangs entstehen, entwickeln sich die Gehirne von Wirbeltieren aus der Mittellinie des dorsalen Nervenstrangs und bilden die Erweiterung des Kopfendes des Neuralrohrs zentralisierte Kontrolle über alle Körpersegmente.
Das Gehirn aller Wirbeltiere kann in der Embryonalentwicklung in drei Teile unterteilt werden: das Vorderhirn (Vorderhirn, weiter unterteilt in Telencephalon und Diencephalon), das Mittelhirn (Mittelhirn) und das Hinterhirn (Hinterhirn, weiter unterteilt in Für das Verborgene). Gehirn und Markhirn). Das Rückenmark interagiert direkt mit Körperfunktionen unterhalb des Kopfes und kann als kaudale Verlängerung des Myelenzephalons betrachtet werden, das in der Wirbelsäule eingebettet ist. Gehirn und Rückenmark bilden bei allen Wirbeltieren zusammen das Zentralnervensystem.
Im menschlichen Körper enthält die Großhirnrinde etwa 14 bis 16 Milliarden Neuronen, während die geschätzte Anzahl der Neuronen im Kleinhirn zwischen 55 und 70 Milliarden liegt. Jedes Neuron ist über Synapsen mit Tausenden anderer Neuronen verbunden und kommuniziert oft über zytoplasmatische Prozesse, die Dendriten und Axone genannt werden. Axone sind normalerweise myelinisiert und übertragen schnelle Impulse winziger elektrischer Signale, sogenannte Aktionspotentiale, an andere Gehirnbereiche oder an bestimmte Rezeptorzellen in entfernten Teilen des Körpers.
Der präfrontale Kortex steuert exekutive Funktionen und ist beim Menschen besonders gut entwickelt. Aus physiologischer Sicht übt das Gehirn eine zentrale Kontrolle über andere Organe aus. Sie tun dies sowohl durch die Erzeugung von Muskelaktivitätsmustern, die sich auf den Rest des Körpers auswirken, als auch durch die Förderung der Sekretion von Chemikalien, die Hormone genannt werden.
Diese zentralisierte Steuerung ermöglicht es dem Gehirn, schnell und koordiniert auf Veränderungen in der Umgebung zu reagieren. Einige grundlegende Reaktionsfähigkeiten, wie z. B. Reflexe, können durch das Rückenmark oder periphere Ganglien vermittelt werden, aber die präzise Steuerung sinnvollen Verhaltens auf der Grundlage komplexer sensorischer Eingaben erfordert die zentralisierten Informationsintegrationsfähigkeiten des Gehirns. Die Funktionsweise einzelner Gehirnzellen ist mittlerweile gut verstanden, doch wie sie zwischen Millionen von Zellen zusammenarbeiten, bleibt ungeklärt.
Einige Modelle in der modernen Neurowissenschaft betrachten das Gehirn als einen biologischen Computer, dessen Mechanismen sich von denen eines digitalen Computers unterscheiden, ihnen aber ähneln, da er Informationen aus der ihn umgebenden Welt erfassen, speichern und in einem verwenden kann vielfältige Möglichkeiten, Informationen zu verarbeiten. Dieser Artikel vergleicht die Eigenschaften des Gehirns bei allen Tierarten, wobei der Schwerpunkt auf Wirbeltieren liegt. Der Artikel geht auch auf das menschliche Gehirn ein, da es viele Eigenschaften mit anderen Gehirnen teilt.
Das menschliche Gehirn unterscheidet sich jedoch in einigen Punkten von anderen Gehirnen, die im Text ausführlich beschrieben werden. Eine vertiefende Auseinandersetzung mit diesen Themen wird auf jeden Fall im Artikel über das menschliche Gehirn geboten.
Struktur des Gehirns
Gehirnform und -größe variieren stark zwischen den Arten und die Identifizierung gemeinsamer Merkmale ist oft schwierig. Es gibt jedoch einige allgemeine Prinzipien der Gehirnarchitektur, die für alle Arten gelten. Einige Aspekte der Gehirnstruktur sind bei fast allen Tierarten gleich; andere unterscheiden „fortgeschrittene“ Gehirne von primitiveren oder zwischen Wirbeltieren und Wirbellosen.
Der einfachste Weg, Informationen über die Anatomie des Gehirns zu erhalten, ist die visuelle Inspektion, es wurden jedoch auch eine Reihe ausgefeilterer Techniken entwickelt. Da Gehirngewebe in seinem natürlichen Zustand zu weich ist, kann es durch Einweichen in Alkohol oder anderen Fixiermitteln gehärtet und dann geschnitten werden, um das Innere zu untersuchen. Das Innere des Gehirns kann als Bereiche der sogenannten grauen Substanz gesehen werden – dunklere Farbe – getrennt durch Bereiche weißer Substanz (hellere Farbe).
Zellstruktur
Das Gehirn aller Arten besteht hauptsächlich aus zwei Haupttypen von Gehirnzellen: Neuronen und Glia. Gliazellen (auch Gliazellen oder Gliazellen genannt) kommen in verschiedenen Typen vor und erfüllen eine Vielzahl von Schlüsselfunktionen, darunter strukturelle Unterstützung, Stoffwechselunterstützung, Isolierung und Entwicklungslenkung. Allerdings werden Neuronen oft als die wichtigsten Zellen im Gehirn angesehen. Der menschliche Kortex enthält etwa 14 bis 16 Milliarden Neuronen, während die Anzahl der Neuronen im Kleinhirn auf 55 bis 70 Milliarden geschätzt wird.
Jedes Neuron ist über Synapsen mit Tausenden anderer Neuronen verbunden. Neuronen sind einzigartig in ihrer Fähigkeit, Signale an bestimmte Zielzellen zu senden, manchmal über große Entfernungen. Sie senden diese Signale über das Axon, eine dünne Protoplasmafaser, die vom Zellkörper ausgeht und oft in Form vieler Zweige in andere benachbarte oder entfernte Bereiche ragt.
Das Verständnis des Gehirns von Wirbeltieren ist ein komplexer Prozess, da es Millionen von Zellen und die empfindlichen und komplexen Kommunikationsmechanismen zwischen ihnen umfasst. Lässt Sie das denken: Welche ungelösten Geheimnisse warten darauf, von uns in der Evolution des Gehirns entdeckt zu werden?
