Einleitung

Das große Geheimnis, das unser Gehirn umgibt, lässt sich auf einen einfachen Nenner bringen: Wie kann eine Ansammlung vernetzter Zellen aus uns das machen, was wir sind - nicht nur unsere Wahrnehmung, Gefühle, und unser Verhalten?

Die Forschungserkenntnisse der letzten Jahre vermitteln uns ein gutes Bild davon, wie unser Gehirn in verschiedenen Situationen arbeitet und wie es unser Erleben und Handeln beeinflusst. Das Gehirn ist Zentrum unseres Nervensystems und setzt sich aus Nervenzellen - sogenannte Neuronen - zusammen, die wie komplexe kleine Computer sind und Funktionsgruppen bilden. Diese Funktionsgruppen sind daran beteiligt, wie Sie Entscheidungen treffen oder eben Sinneswahrnehmungen verarbeiten. Zudem gibt es Bereiche im Gehirn, die sich auf die Produktion und Verarbeitung von Sprache spezialisiert haben. Weitere koordinieren die unterschiedlichen Informationsströme und steuern die Kommunikation zwischen den verschiedenen Bereichen unseres Gehirns.

Das Gehirn wird oft als das komplexeste Organ im menschlichen Körper bezeichnet, das unsere Fähigkeit zu denken, zu fühlen, zu lernen und zu handeln steuert. Und das nicht ohne Grund: Es besteht aus rund 100 Milliarden Neuronen und sage und schreibe 100 Billiarden Nervenzellverbindungen, sogenannten Synapsen. So übernimmt es die Koordination von grundlegenden, lebenswichtigen Körperfunktionen wie Atmung, Herzschlag und Stoffwechsel, aber ermöglicht auch faszinierende höhere kognitive Prozesse darunter Wahrnehmung, Erinnern, Lernen, Emotionen, Sprache und vieles mehr.

Um nun zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert, müssen Sie drei Dinge wissen:

• Wie arbeiten Neuronen?
• Wie kommunizieren Neuronen miteinander in neuronalen Funktionsgruppen und Schaltkreisen?
• Wie bilden neuronale Schaltkreise im Gehirn einzelne Funktionsbereiche, und was ist ihre Aufgabe?

In diesem Buch möchte ich mit Ihnen Schritt für Schritt das menschliche Gehirn und seine faszinierenden Funktionsweisen erkunden.

Über dieses Buch

Zugegeben, die Neurowissenschaften sind kein ganz einfaches Fachgebiet. Das Gehirn ist eine der komplexesten Strukturen des Universums und das Herzstück des Nervensystems. Doch in diesem Buch möchte ich dieses komplizierte Thema so darstellen, dass es jeder verstehen kann - ganz egal, ob es sich dabei um einen Studienanfänger der Neurowissenschaften oder um Menschen handelt, die sich in der Freizeit mit dem Themenbereich beschäftigen und etwas mehr über sich selbst herausfinden wollen.

Und keine Sorge, wenn Sie auf Fachbegriffe wie Gyrus cinguli oder vestibulospinaler Reflex stoßen, dann ich werde Ihnen mit einfachen Worten erläutern, was sie bedeuten.

Dieses Buch ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut, damit Sie alle Informationen schnell finden. Jedes Kapitel besteht aus verschiedenen Abschnitten, und jeder Abschnitt beschäftigt sich mit bestimmten Themen der Neurowissenschaften, wie zum Beispiel:

• den Hauptbestandteilen des Nervensystems: Neuronen und Gliazellen,
• wie Neuronen arbeiten und welche unterschiedlichen Neuronen es gibt,
• welche Systeme bei der Planung und Ausführung bestimmter Aktionen beteiligt sind,
• der Rolle des Neokortex bei der Verarbeitung von Gedanken.

Das Großartige am Aufbau dieses Buches ist, dass Sie selbst entscheiden können, an welcher Stelle Sie in das Thema einsteigen und was Sie lesen möchten. Sie können ganz nach Belieben zwischen den Kapiteln hin und her springen. Sie müssen nur im Inhaltsverzeichnis oder Index nachschauen, und schon finden Sie die Informationen, die Sie suchen.

Konventionen in diesem Buch

Um Ihnen den Umgang mit diesem Buch zu erleichtern, habe ich mich an einige Konventionen gehalten:

• Kursiv gedruckt sind Worte, denen ich Nachdruck verleihen möchte, oder neue Begriffe, die erklärt werden.
• Fett gedruckt werden die Schlagwörter in Aufzählungen.

Was Sie nicht lesen müssen

Alles, was Sie nicht lesen möchten, müssen Sie auch nicht lesen. Da dieses Buch in verschiedene Teile und Kapitel gegliedert ist und Sie anhand der Überschriften leicht erkennen, wovon sie handeln, können Sie bei dem Thema einsteigen, das Sie interessiert. Außerdem gehe ich davon aus, dass Sie keine biologischen oder neurowissenschaftlichen Vorkenntnisse besitzen. Deshalb beginne ich jedes Thema mit den notwendigen Grundlagen, bevor ich mich den komplizierteren Themenbereichen widme. Wenn Sie schon viel über Neuronen oder über die Anatomie des Gehirns wissen, können Sie einige der ersten Kapitel überspringen.

Törichte Annahmen über den Leser

Während ich das Buch schrieb, habe ich mir einige Gedanken über Sie gemacht:

• Sie sind keine Neurowissenschaftlerin und keine Neurochirurgen, doch das Thema interessiert Sie. (Wenn Sie sehen, dass Ihr Neurochirurg in diesem Buch blättert, bevor er Sie operieren möchte, sollten Sie allerdings lieber noch eine zweite Meinung einholen.)
• Sie nehmen an einem Kurs teil, bei dem Themen wie Gehirnfunktionen, Wahrnehmung oder Verhalten eine Rolle spielen, und haben das Gefühl, dass Sie besser abschneiden, wenn Sie etwas Vorwissen über die Funktionen des Nervensystems und seiner Bestandteile mitbringen.
• Sie möchten leicht verständliche Informationen. Und wenn das alles auch noch mit ein wenig Humor geht, umso besser.

Wie dieses Buch aufgebaut ist

Dieses Buch ist in fünf Teile gegliedert, damit Sie schnell die Informationen finden, nach denen Sie suchen. Jeder Teil beschäftigt sich mit einem speziellen Thema der Neurowissenschaften und enthält einzelne Kapitel, die diese Themen genauer behandeln.

Teil I: Darf ich vorstellen: Ihr Nervensystem

In Teil I erläutere ich die allgemeine Struktur des Gehirns und des Nervensystems und erkläre, wie Nervenzellen arbeiten. Kapitel 1 gibt Ihnen bereits einen kurzen Überblick über das, was Sie in diesem Buch erwarten können. Es startet mit der evolutionären Entwicklung des Nervensystems und seiner Funktionen. Sie erhalten auch erste Einblicke darin, wie wir die Welt wahrnehmen (Sensorik) und mit ihr interagieren (Motorik). Kapitel 1 schließt mit einem Exkurs zu höheren kognitiven Prozessen wie Sprache und Gedächtnis ab und führt dabei den Präfrontalkortex als zentralen Akteur dieser Prozesse ein. In Kapitel 2 finden Sie interessante Informationen zum Gehirn, Rückenmark und peripheren Nervensystem. Und in Kapitel 3 stelle ich Ihnen die Nervenzellen, die Bausteine des zentralen Nervensystems, näher vor. In Kapitel 4 widmen wir uns dem vegetativen Nervensystem, welches fleißig und meist unbemerkt im Hintergrund arbeitet. Kapitel 5 führt uns in die Welt des Schlafes ein, und Sie erfahren, wieso Schlaf so wichtig für unser Gehirn ist und welche verschiedenen Schlafstadien wir in der Nacht erleben. Das Kapitel 6 befasst sich mit der individuellen Entwicklung des Gehirns und der Entstehung von Schaltkreisen. Kapitel 7 bietet Ihnen einen Einblick in die Methoden der Neurowissenschaften, und Sie erfahren, wie Forscherinnen und Forscher die Geheimnisse des Gehirns untersuchen.

Teil II: Die innere und äußere Welt wahrnehmen: Unsere Sinne

In Teil II dieses Buches erfahren Sie, wie die verschiedenen Sinne funktionieren. In Kapitel 8 erkläre ich das visuelle System. Ich beginne mit den Fotorezeptoren und verfolge das visuelle Signal durch verschiedene Hirnareale, die optische Reize verarbeiten. Kapitel 9 beschäftigt sich mit dem akustischen System. Der Geruchs- und Geschmackssinn sind die Themen von Kapitel 10. Kapitel 11 schließt den Teil mit der Haut als Sinnesorgan - von den Sinnesrezeptoren bis hin zur Reizverarbeitung im Gehirn.

Teil III: Immer in Bewegung bleiben: Das motorische Nervensystem

Die Entstehung und Steuerung von Bewegungen ist das Thema von Teil III. Das motorische Nervensystem ist hierarchisch aufgebaut. Es beginnt am Muskel und an der motorischen Nervenzelle und reicht über Rückenmarksreflexe und neuronale Schaltkreise bis hin zu den Bereichen der Hirnrinde, in der Bewegungen gesteuert werden. Auch die frontale und präfrontale Region der Hirnrinde, die zur Planung und Ausführung von Bewegungen wichtig ist, gehört dazu. In Kapitel 12 erfahren Sie mehr zu den Grundlagen der Bewegung und Bewegungen, die sich auf der Steuerungsebene des Rückenmarks abspielen. Ich erkläre, wie das Rückenmark mit dem Hirnstamm und den übergeordneten Regionen in Verbindung steht. Mehr über die Hirnrinde und über die Planung und Steuerung von Bewegungen erfahren Sie in Kapitel 13. In Kapitel 14 beschäftige ich mich mit motorischen Störungen und ihrer Ursache.

Teil IV: Höhere kognitive Funktionen: Intelligenz, soziale Kognition und Bewusstsein

Teil IV beschäftigt sich mit den sogenannten höheren kognitiven Funktionen und umfasst Intelligenz, exekutive Funktionen und Entscheidungsfindung, soziale Kognition, Lernen und Gedächtnis und Bewusstsein. In Kapitel 15 beschreibe...