Das menschliche Gehirn wiegt rund 1,4 kg, enthält etwa 86 Milliarden Neuronen und ist in anatomisch klar abgegrenzte Regionen gegliedert, deren Funktionen sich erstaunlich präzise kartieren lassen. Die Kartierung hat Jahrhunderte gedauert — Sektion am Toten, Läsionsstudien (Funktion erschließt sich aus dem, was nach Schädigung ausfällt), elektrische Stimulation (Penfields Kartierung des somatosensorischen und motorischen Cortex am offenen Schädel in den 1930ern), bildgebende Verfahren (PET, fMRT, DTI) und heute Einzelzell-Transkriptomik und Konnektomik. Das Gehirn ist kein homogen rechnendes Organ, sondern eine geschichtete Versammlung evolutionär unterschiedlicher Strukturen, jede für eine Klasse von Berechnungen zugeschnitten.
Die groben Untergliederungen des Gehirns folgen evolutionär von innen nach außen und von unten nach oben. Der Hirnstamm (Medulla, Pons, Mittelhirn) regelt Atmung, Herzschlag, Schlaf-Wach-Rhythmus, Grundreflexe (eine Schädigung hier ist rasch tödlich). Das Kleinhirn, das rund 80 % der Hirnneuronen auf 10 % des Volumens beherbergt, übernimmt Timing und motorische Koordination. Das Zwischenhirn beherbergt den Thalamus (leitet nahezu jede Sinnesinformation außer dem Geruch zum Cortex) und den Hypothalamus (steuert Homöostase und das endokrine System). Das limbische System (Hippocampus, Amygdala, cingulärer Cortex) trägt Gedächtnis und Emotion: der Hippocampus ist unverzichtbar für episodisches Gedächtnis (eine beidseitige Schädigung erzeugte die tiefe anterograde Amnesie des Patienten H. M.), die Amygdala für Furchtkonditionierung. Die Basalganglien übernehmen Handlungsauswahl, Gewohnheitslernen und Belohnung, mit der Parkinson-Krankheit als Degeneration der dopaminergen Neuronen der Substantia nigra und der Huntington-Krankheit als Degeneration des Striatums. Die Großhirnrinde — die äußere 2–5 mm dicke Schicht, in Gyri und Sulci gefaltet — gliedert sich in vier Lappen: den Stirnlappen (motorischer Cortex, Planung, Arbeitsgedächtnis, Sprachproduktion im Broca-Areal, präfrontale Kontrolle), den Scheitellappen (somatosensorischer Cortex, räumliche Aufmerksamkeit), den Schläfenlappen (auditorischer Cortex, Sprachverstehen im Wernicke-Areal, Gesichtererkennung) und den Hinterhauptslappen (Sehen — V1 und die dorsalen wie ventralen Bahnen). Der Cortex hat eine stereotype Sechsschichten-Zytoarchitektur, ist lateralisiert (Sprache links, räumliche Aufmerksamkeit rechts) und ist eng verschaltet — die meisten Areale sind in 2–3 synaptischen Schritten erreichbar; die Ruhezustands-Konnektivität zeigt konstante Netzwerke (das Default-Mode-, Salienz-, dorsale Aufmerksamkeits- und frontoparietale Kontrollnetzwerk).
Die heutige Bildgebung (fMRT ~3 mm räumlich / ~2 s zeitlich, MEG/EEG ~1 mm räumlich / ~1 ms zeitlich, DTI für Faserbahnen der weißen Substanz) liefert kortikale und subkortikale Karten in zunehmender Auflösung; das Human Connectome Project (2010–2015) und die UK Biobank (~50 000 Probanden) haben Hirnbilddaten in bevölkerungsweitem Maßstab erzeugt. Hirnatlanten (Allen Brain Atlas, BigBrain, Human Brain Project) liefern Genexpressions-, Zelltyp- und Konnektivitätskarten in immer feinerer Auflösung, während Hirn-Computer-Schnittstellen (Neuralink, BrainGate, Synchron) Elektroden gezielt in kortikale Areale implantieren (klassisch motorisch, jüngst sprachlich). Die Neurochirurgie nutzt die Wach-Kartierung am offenen Hirn, um vor einer Resektion kritische Funktionen zu lokalisieren, und psychiatrische wie neurologische Erkrankungen werden zunehmend als Funktionsstörungen ganzer Schaltkreise verstanden. Die Karte ist detaillierter als je zuvor — und enthält noch immer weite Flächen, die „hier sind Drachen“ heißen.