De menselijke hersenen (plurale tantum), ook wel het menselijk brein genoemd, zijn het deel van het centrale zenuwstelsel dat zich in het hoofd, meer specifiek in de schedel bevindt. De hersenen zijn het waarnemende, aansturende, controlerende en informatieverwerkende orgaan in het menselijk lichaam. De hersenen worden beschermd door de botten van de schedel, en samen met het ruggenmerg vormen ze het centrale zenuwstelsel.
De menselijke hersenen vormen een extreem complex orgaan, dat is opgebouwd uit vele tientallen miljardenrecent onderzoek van Suzana Herculano-Houzel van de Universiteit van Rio de Janeiro toont aan 86.000.000.000 cellen zenuwcellen of neuronen, waarvan elk in verbinding staat met een groot aantal andere zenuwcellen, soms vele duizenden. De hersenen besturen en coördineren de zintuigen, bewuste en onbewuste spierbewegingen, en homeostatische lichaamsfuncties als de ademhaling en de regulering van bloeddruk en lichaamstemperatuur. De hersenen zijn daarnaast de zetel van de cognitie, het logisch denken, de verbeelding, creativiteit, emotie en het geheugen.
De menselijke hersenen beslaan slechts twee procent van het lichaamsgewicht, maar gebruiken een tienvoud aan zuurstof vergeleken met de rest van het lichaam, en een kwart van de totale glucosevoorraad. Glucose en zuurstof zorgen via de celademhaling in de zenuwcellen, voor de benodigde biochemische energie van de hersenen. Twintig procent van het bloed stroomt voortdurend naar de hersenen.
Anatomie thumb|De hersenkwabben van de grote hersenen Mensen hebben van deze vier kwabben er ieder twee, links en rechts in het hoofd. De kleine hersenen zijn in zwart-wit onder de grote hersenen te zien. lang=nl|thumb|Deze schematische tekening laat de subdivisies zien van de hersenen van een embryo. Later zullen deze delen zich ontwikkelen tot volwassen structuren|koppeling=Bestand:EmbryonicBrain.svg%3Flang=nl
De eerste, meest gangbare indeling van de hersenen is de volgende: cerebrum - grote hersenen cerebellum - kleine hersenen truncus cerebri - hersenstam
maar de hersenen zijn ook in verschillende gebieden in te delen: rhombencephalon - ruithersenen myelencephalon - merghersenen metencephalon - achterhersenen mesencephalon - middenhersenen prosencephalon - voorhersenen diëncephalon - tussenhersenen telencephalon - grote hersenen of eindhersenen
Structuur De hersenen van de mens wijken qua structuur in een aantal opzichten af van die van dieren. Door deze verschillen is een aantal capaciteiten sterker ontwikkeld dan bij dieren, zoals de cognitieve vaardigheden, al blijkt steeds meer dat dierlijke cognitie lange tijd onderschat is. De zogenaamde encefalisatie, de verhouding tussen het gewicht van de hersenen en de lichaamsgrootte, is bij mensen met name uitgesproken in de neocortex, het meest complexe en evolutionair bezien het jongste deel van de hersenschors, het buitenste deel van de hersenen. De neocortex is bovendien bij zoogdieren, dus ook bij de mens, geplooid en gevouwen, waardoor het oppervlak en daarmee het aantal verbindingen tussen de cellen groot is. Deze hersenwindingen, of gyri, worden door groeven gescheiden, door fissuren die diep zijn en hersengroeven (sulci) die ondiep zijn. Het deel van de menselijke hersenen dat zich heeft ontwikkeld tot neocortex, met name de prefrontale cortex, is groter dan bij ieder ander dier.
Een groot deel van de menselijke hersenstructuur komt echter met die van andere diersoorten overeen. Basale, evolutionair zeer oude hersenstructuren, die prikkels van buitenaf registreren, of de conditie van het lichaam in de gaten houden, zijn zelfs gelijk aan die van de eenvoudigste gewervelden.
In de hersenen is een duidelijk verschil tussen grijze stof en witte stof. Grijze stof bestaat uit de cellichamen van de zenuwcellen, witte stof bestaat uit de zenuwvezels, of axonen, die de zenuwcellen over lange afstand verbinden. De neocortex bestaat uit grijze stof en is opgebouwd uit zes lagen. Behalve in deze lagen komen cellichamen van zenuwcellen ook voor in kernen (nuclei) in de onderliggende witte stof. De axonen in de witte stof zijn omgeven door een vettige, beschermende en isolerende laag van myeline die verantwoordelijk is voor de witte kleur.
Onderdelen De hersenen bestaan uit twee soorten cellen: zenuwcellen of neuronen, en gliacellen. Beide soorten cellen komen in verschillende celtypen voor, die verschillende functies hebben. Onderling verbonden zenuwcellen vormen neurale netwerken. Normaliter zijn zenuwcellen verbonden met minimaal 1000 andere zenuwcellen. Deze neurale netwerken vormen systemen die aan de basis staan van de menselijke waarneming (perceptie), het menselijk handelen en de hogere cognitieve functies.
De zenuwcellen genereren actiepotentialen en sturen op die manier informatie door naar andere cellen. In elk hersengebied bevinden zich efferente zenuwcellen, die signalen opwekken, afferente zenuwcellen, die signalen ontvangen en interneuronen. Interneuronen hebben geen verbindingen buiten het hersengebied waarin ze liggen, maar zorgen voor lokale verwerking.
De gliacellen, Grieks: glia, lijm, hebben een ondersteunende rol in de hersenen, waaronder het produceren van het isolerende myeline, het verschaffen van structuur aan het neuronale netwerk en het verwerken van afvalstoffen van de stofwisselingen in de cellen van het hersenweefsel. De meeste soorten gliacellen die zich in het centrale zenuwstelsel bevinden, zijn ook te vinden in het perifere zenuwstelsel. Een uitzondering zijn de oligodendrocyten die in het centrale zenuwstelsel axonen isoleren. In het perifere zenuwstelsel zijn hiervoor de schwanncellen verantwoordelijk.
De hersenen worden omgeven door bindweefsel-vliezen, de hersenvliezen. Het is een systeem van membranen dat de hersenen scheidt van de schedel. De vliezen zijn van buiten naar binnen opgebouwd uit het harde hersenvlies, het spinnenwebvlies en het zachte hersenvlies. Het spinnenwebvlies is verbonden met het harde hersenvlies en deze worden soms als één laag gezien. Tussen het spinnenwebvlies en het zachte hersenvlies bevindt zich een ruimte, de subarachnoïdale ruimte, waarin zich hersenvocht bevindt, waarin de hersenen drijven. Bloedvaten komen het zenuwstelsel binnen via de ruimte boven het zachte hersenvlies. De bloed-hersenbarrière, een functionele scheiding tussen bloedvaten en hersenweefsel beschermt de hersenen enigszins tegen toxines die zich mogelijk in het bloed bevinden.
Het hersenvocht circuleert tussen de lagen van de hersenvliezen en door holtes in de hersenen, de ventrikels. Chemisch is het hersenvocht belangrijk voor de stofwisseling, en mechanisch is het belangrijk als schokdemper. De hersenen wegen ongeveer 1 tot 1,5 kilo. De massa en dichtheid van de hersenen zijn zo hoog dat de hersenen onder hun eigen gewicht in elkaar zakken als ze niet worden gesteund. Doordat ze drijven in het hersenvocht zorgt de opwaartse kracht (Wet van Archimedes) ervoor dat dit niet gebeurt. Het hersenvocht zorgt ook voor ruimte: omdat de schedel hard en gesloten is (op enkele kleine openingen na), zouden de hersenen niet kunnen opzwellen of uitzetten als er geen hersenvocht was en de druk zou bij zwellingen en kneuzingen snel oplopen tot waarden waarbij geen doorbloeding meer mogelijk is, met hersenschade of de dood als gevolg.
Functies De functieleer is het terrein binnen de psychologie, dat zich op de functies van de hersenen richt, die in alle gedrag een rol spelen. Zo is er bijvoorbeeld onderzoek naar aandacht, leren en bewustzijn. De neurowetenschap gaat daarentegen van de fysiologie van de mens uit, waarbij de hersenen en het zenuwstelsel op moleculair en cellulair niveau worden onderzocht.
De hersenen ontvangen via de zenuwen signalen van de zintuigen. De hersenen interpreteren deze signalen en reageren erop, gebaseerd op reflexen en aangeleerde kennis. Eenzelfde soort systeem zorgt ervoor dat er signalen vanuit de hersenen via de zenuwen naar alle spieren in het lichaam worden gestuurd.
Zintuiglijke indrukken worden verwerkt door de hersenen. Gezichts-, gevoels- en gehoorsinformatie gaat eerst naar specifieke kernen van de thalamus en daarna naar gebieden van de hersenschors, die bij dat specifieke sensorische systeem horen. Reukinformatie, fylogenetisch het oudste systeem, gaat eerst naar de bulbus olfactorius, daarna naar andere delen van het olfactorisch systeem. Smaakinformatie wordt via de hersenstam naar andere delen van het betreffende systeem geleid. De hersenstam met onder andere de formatio reticularis, is onder andere verantwoordelijk voor de regulatie van functies als arousal (alertheid, opwinding), waakzaamheid en slaap. In de hersenstam bevinden zich verder zenuwkernen die neurotransmitters als noradrenaline en serotonine produceren. Deze hebben een belangrijke invloed op fluctuaties in onder andere het bewustzijnsniveau en stemmingen.
De interpretatie van signalen uit de omgeving is een proces waarbij de evolutionair oudste delen van de hersenen, die bij mensen en dieren overeenkomen, samenwerken met het nieuwe deel, de neocortex. De neocortex, waar de hogere cognitieve functies zich bevinden, zoals redeneren, plannen, verbeelding en logisch denken, is nauw verbonden met de meer primitieve delen van de hersenen, zoals het limbisch systeem, waar onder meer angst en agressie zich bevinden. Hierdoor is de interpretatie van de signalen uit de omgeving en de erop volgende reactie vaak een mengeling van "verstand" en "gevoel".
Om bewegingen te coördineren hebben de hersenen een aantal parallelle systemen die spieren besturen. Het motorisch systeem bestuurt de willekeurige (bewust aangestuurde) bewegingen van de skeletspieren, geholpen door de motorische schors, de kleine hersenen en de basale ganglia. De neurotransmitter dopamine, die in de substantia nigra wordt geproduceerd, speelt hierbij ook een belangrijke rol. De hersensignalen gaan via het ruggenmerg naar de zogenaamde spiereffectors. Veel onwillekeurige spierfuncties, zoals de ademhaling, worden door kernen in de hersenstam bestuurd, en veel automatische handelingen, zoals reflexen,worden door het ruggenmerg aangestuurd.
De hersenen produceren tevens een deel van de hormonen die de organen en klieren beïnvloeden. Andersom reageren de hersenen ook op hormonen die elders in het lichaam zijn geproduceerd. De meeste hormonen worden aan de bloedsomloop afgegeven, de besturing van veel hormonen verloopt in de hersenen via de hypofyse.
Genen Hersenen benutten het overgrote deel van de menselijke genen, namelijk 84%. Het brein behoort ook tot de meest complexe structuren van het menselijk lichaam; elke hersenhelft bezit 200 tot 500 verschillende hersengebieden. Qua genetische verschillen van de hersenen, bij meerdere individuen van de menselijke soort, wijken ze weinig van elkaar af, wat er op kan wijzen dat hersenen volgens dezelfde genen worden opgebouwd.
Bloedvoorziening thumb|Animatie van de anatomie en fysiologie van het menselijk brein, met de cerebraal hemisferen, de hersenstam en de kleine hersenen, omgeven door slagaders, veneuze sinussen en kleine bloedvaten