Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, das in verschiedene Bereiche unterteilt ist, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Einige dieser Bereiche sind entwicklungsgeschichtlich sehr alt und spielen eine entscheidende Rolle für grundlegende Lebensprozesse. Dieser Artikel beleuchtet die Funktionen und die Bedeutung der ältesten Teile des Gehirns, darunter der Paleocortex und der Hirnstamm, sowie ihre klinische Relevanz.
Einleitung
Das Gehirn ist die Steuerzentrale des menschlichen Körpers und ermöglicht es uns, die Welt wahrzunehmen, zu denken, zu fühlen und zu handeln. Es besteht aus Milliarden von Nervenzellen, die miteinander vernetzt sind und Informationen austauschen. Die verschiedenen Bereiche des Gehirns sind auf bestimmte Aufgaben spezialisiert und arbeiten zusammen, um komplexe Funktionen zu ermöglichen.
Der Paleocortex: Der älteste Teil der Großhirnrinde
Der Paleocortex ist ein entwicklungsgeschichtlich sehr alter Teil der Großhirnrinde, der vor allem mit dem Riechsystem assoziiert ist. Er stellt in einer entwicklungsgeschichtlichen Einteilung des Großhirns den ältesten Teil dar. Der Paleocortex unterscheidet sich von anderen Teilen der Großhirnrinde, wie dem Neocortex und dem Archicortex, durch seine geringere Schichtenzahl. Während der Neocortex sechs Schichten aufweist, hat der Paleocortex nur drei bis fünf Schichten. Der Archicortex, zu dem beispielsweise der Hippocampus gehört, ist ebenfalls älter und meist dreischichtig.
Funktion des Paleocortex
Die Hauptfunktion des Paleocortex liegt in der Verarbeitung olfaktorischer Reize. Er ist eng mit der Riechrinde verbunden und spielt eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung und emotionalen Bewertung von Gerüchen. Die Geruchssinneszellen der Riechschleimhaut in der Nase senden Informationen in Richtung des Bulbus olfactorius, wo die Neurone verschaltet werden. Von dort aus ziehen Nervenfasern über den Tractus olfactorius zu verschiedenen Gehirnbereichen, darunter der präpriforme Kortex, der entorhinale Kortex und die Amygdala.
Die Stria olfactoria medialis projiziert die Informationen der Riechbahn zum Tuberculum olfactorium und der Area septalis, während die Stria olfactoria lateralis die Informationen über Geruch weiterleitet. Die Area septalis, die sich im Bereich des Septum pellucidum befindet, wird insbesondere mit Funktionen wie Emotionen, Gedächtnis und Belohnungsverarbeitung in Verbindung gebracht.
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Klinische Bedeutung des Paleocortex
Der Paleocortex spielt auch im Kontext der Alzheimer-Erkrankung eine wichtige Rolle. Er gehört zu den früh betroffenen Hirnarealen, in denen sich neurofibrilläre Tangles (Tau-Protein-Ablagerungen) und Amyloid-Plaques ansammeln. Insbesondere in Bereichen wie der entorhinalen Rinde können diese Veränderungen zuerst beobachtet werden. Dies führt zu einer gestörten neuronalen Kommunikation und zu einem fortschreitenden Funktionsverlust.
Klinisch äußert sich dies zunächst oft in einer Störung des Geruchssinns (Hyposmie, Anosmie), da der Paleocortex eng mit dem olfaktorischen System verbunden ist. Solche Riechstörungen können zu den frühesten Anzeichen einer beginnenden Alzheimer-Demenz gehören und treten oft schon Jahre vor den typischen Gedächtnisstörungen auf. Zudem wirkt sich die Degeneration des Paleocortex indirekt auf emotionale und Gedächtnisprozesse aus.
Lokalisation des Paleocortex
Der Paleocortex liegt im Gehirn vor allem an der Basis des Vorderhirns (Telencephalon), insbesondere in den medialen und basalen Bereichen des Temporallappens und des Frontallappens.
Der Hirnstamm: Das Reptiliengehirn
Der Hirnstamm ist der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und wird oft auch als "Reptiliengehirn" bezeichnet. Er befindet sich im unteren Schädelbereich an der Schädelbasis, verdeckt von Groß- und Kleinhirn. Nach unten geht er mit einer nicht genau definierten Grenze in das Rückenmark über. Der Hirnstamm besteht aus dem Mittelhirn (Mesencephalon), der Brücke (Pons) und dem verlängerten Mark (Medulla oblongata).
Aufbau des Hirnstamms
- Mittelhirn (Mesencephalon): Der kleinste Hirnabschnitt, der sich zwischen Pons und Diencephalon (Zwischenhirn) befindet.
- Brücke (Pons): Ein kräftiger weißer Wulst an der Hirnbasis über der Medulla oblongata, der durch einen Strang, den Kleinhirnstiel, mit dem Kleinhirn verbunden ist.
- Verlängertes Mark (Medulla oblongata): Bildet den Übergang zum Rückenmark.
Funktionen des Hirnstamms
Der Hirnstamm bildet die Schnittstelle zwischen dem übrigen Gehirn und dem Rückenmark. Er leitet aus dem Körper aufsteigende und in den Körper absteigende Informationen überkreuz weiter, wodurch die rechte Gehirnhälfte für die linke Körperhälfte zuständig ist und umgekehrt.
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Der Hirnstamm ist für die essenziellen Lebensfunktionen zuständig, wie die Steuerung der Herzfrequenz, des Blutdrucks und der Atmung. Zudem ist er für wichtige Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- und Husten-Reflex verantwortlich. Auch der Schlaf und die verschiedenen Schlaf- und Traumphasen werden hier kontrolliert.
Innerhalb der Brücke verläuft die Pyramidenbahn - die Verbindung zwischen dem motorischen Kortex und dem Rückenmark, die für willkürlich-motorische Signale (also willkürliche Bewegungen) wichtig ist. Über den Pons werden diese Signale, die von der Großhirnrinde kommen, ins Kleinhirn weitergeleitet.
Der Hirnstamm ist durchzogen von der Formatio reticularis - einer netzartigen Struktur aus Nervenzellen und ihren Fortsätzen. Sie ist an verschiedenen vegetativen Funktionen des Organismus beteiligt, etwa an der Steuerung der Aufmerksamkeit und des Wachheitszustandes. Auch Kreislauf, Atmung und Erbrechen werden hier kontrolliert.
Klinische Bedeutung des Hirnstamms
Schädigungen des Hirnstamms führen zu sogenannten Hirnstamm-Syndromen. Diese sind in den meisten Fällen durch den Ausfall von Hirnnerven gekennzeichnet (durch Schädigung der Hirnnervenkerne). Je nach Höhe der Läsion - in Mittelhirn, Pons oder verlängertem Mark - fallen die Funktionen verschiedener Nerven aus. Bei unvollständigen Hirnstamm-Läsionen können die Symptome auf der gleichen oder auf der gegenüber liegenden Körperseite auftreten (wegen der gekreuzten Bahnen).
Wenn Nervenbahnen, die innerhalb des Hirnstamms zu weiter abwärts gelegenen Hirnnervenkernen führen, beidseitig geschädigt sind, entsteht eine Pseudobulbärparalyse. Die wichtigsten Symptome sind Sprech- und Schluckstörungen, beeinträchtigte Zungenbeweglichkeit und Heiserkeit.
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Bei einer alleinigen Schädigung des Großhirns werden die Lebensfunktionen nur noch durch den Hirnstamm aufrechterhalten. Beim sogenannten Wachkoma sind die Betroffenen zwar wach, erlangen aber kein Bewusstsein und können keinen Kontakt mit ihrer Umgebung aufnehmen.
Ein Hirnstamm-Infarkt kann jene Areale betreffen, die für das Bewusstsein oder die Atmung von Bedeutung sind. In einem solchen Fall ist die Läsion lebensbedrohend.
Das Mittelhirn (Mesencephalon) im Detail
Das Mittelhirn ist Teil des Hirnstamms und der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns. Es befindet sich zwischen Pons und Diencephalon (Zwischenhirn). Das Mittelhirndach besteht aus der Vierhügelplatte (Lamina tecti), die vier Hügel enthält - zwei mundwärts gelegene und zwei mundferne. Die Mittelhirnhaube wird durch die Lamina tecti und die Hirnschenkel verdeckt. Die Substantia nigra grenzt sie von den Hirnschenkeln ab.
Im Tegmentum mesencephali befinden sich verschiedene Strukturen, die man der weißen bzw. der grauen Substanz zuordnet. Der vordere Teil des Mittelhirns wird von den Großhirnschenkeln gebildet. Seitlich sind sie je durch eine Furche abgegrenzt, in der Mitte liegt eine Vertiefung, die sogenannte Fossa interpeduncularis.
Die Substantia nigra ist ein Kernkomplex des Mittelhirns, der aufgrund seines hohen Eisen- und Melaningehalts dunkel gefärbt ist. Das Mittelhirn erfüllt mehrere Aufgaben. Es ist Teil des extramypramidalen Systems und somit in erster Linie für die Steuerung von Bewegungen verantwortlich. Durch das Mesencephalon verläuft der Nervus ocolomotorius (III. Hirnnerv), der für so gut wie alle Augenbewegungen zuständig ist. Im Mittelhirn befindet sich zudem ein Nervenkern des Nervus trigeminus (V. Hirnnerv). Dieser Nervenkern (Nucleus mesencephalicus nervi trigemini) enthält Neuronen, die propriozeptive Signale weiterleiten. Sie regeln die unbewusste Tiefensensibilität des Kiefergelenkes und des Zahnhalteapparates.
Im Tegmentum, einer Schicht im Hirnstamm-Bereich befinden sich gleich zwei überaus wichtige Kontrollzentren, der Nucleus ruber und die Pars compacta. Der Nucleus ruber beeinflusst primär den Muskeltonus. Dadurch, dass sich seine Efferenzen ins Rückenmark ziehen, steht er in fortwährendem Kontakt mit dem Motorcortex. In der Pars compacta der Substantia nigra wird Dopamin hergestellt. Dieser als “Glückshormon” bekannte Botenstoff beeinflusst die Motorik und hält die Neurotransmitter GABA und Acetylcholin in Schach.
Die wohl bekannteste Krankheit, die mit einer Fehlfunktion des Mittelhirns einhergeht, ist der Morbus Parkinson. Bei dieser Erkrankung kommt es zu einer Verlangsamung und Verarmung der Bewegungen, die in der Regel mit Muskelstarre und -zittern einhergehen. Als Auslöser gilt das Absterben der dopaminergen Nervenzellen der Substantia nigra. Falls das Mittelhirn von einem Tumor befallen ist, macht sich dies in Form verschiedener Symptome bemerkbar.
Das limbische System: Emotionen, Gedächtnis und Antrieb
Das limbische System ist eine Gruppe von Strukturen, die mit der Verarbeitung von Emotionen und mit Gedächtnisprozessen befasst sind. Welche Strukturen und Areale zum limbischen System zählen, lässt sich nicht eindeutig sagen - die Angaben variieren entsprechend der Position und des Konzeptes des jeweiligen Autors.
Bestandteile des limbischen Systems
Heutzutage zählen die meisten Wissenschaftler zum limbischen System den Hippocampus, den Gyrus cinguli, den Gyrus parahippocampalis, die Amygdala und das Corpus mammillare. Auch wird die Erweiterung des limbischen Systems um das Riechhirn - inklusive Septum - und Teile des Thalamus diskutiert.
Funktionen des limbischen Systems
Zahlreiche Studien legen nahe, dass das limbische System unser affektives Verhalten zumindest teilweise kontrolliert und damit Gefühle und Sexualität beeinflusst. Zudem spielt es eine zentrale Rolle bei der Abspeicherung von Gedächtnisinhalten und ist so an Lernprozessen beteiligt.
Der Papez-Kreis läuft vom Hippcampus über den Fornix zu den Corpora mamillaria und weiter über den Thalamus zum Gyrus cinguli, der seinerseits wieder zurück zum Hippocampus projiziert. Damit schließt sich ein Kreis, der essentiell für das Gedächtnis ist: Wird er durch Operationen oder Läsionen unterbrochen, verlieren die Patienten die Fähigkeit zum Abspeichern von neuen Gedächtnisinhalten. Zwar erinnern sie ihre Vergangenheit - je älter die Erinnerung, umso besser -, doch der Weg vom Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis ist zerstört.
Das limbische System und Trauma
Bei einem traumatisierten Hirn, also zum Beispiel einer PTBS - Posttraumatischen Belastungsstörung - verändert sich die Balance zwischen der Amygdala und des medialen Präfrontalkortex (MPFK) immens. Dadurch wird es wesentlich schwieriger die eigenen Emotionen und Impulse unter Kontrolle zu bekommen. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei starken Emotionen die Aktivitäten im MPFK verringert werden. Somit wird die hemmende Funktion des rationalen Hirns ausgeschaltet.
Ein Scan des Hirns beim Wiedererleben eines Traumas zeigt eine sehr aktive Amygdala, d.h. sie kann nicht zwischen Gegenwart und Vergangenheit unterscheiden. Sie wurde so aktiviert, als fände das traumatische Ereignis jetzt statt. Außerdem sind der rechte und linke dorsolaterale Präfrontalkortex inaktiv, also die Bereiche im Neocortex, die für das Zeitempfinden zuständig sind. Man ist also im Augenblick gefangen ohne eine Idee von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft zu haben.
Der Thalamus wird beim Flashback genauso abgeschaltet wie beim traumatischen Erlebnis. Unter normalen Umständen fungiert er als Filter und stellt so eine zentrale Komponente zu Aufmerksamkeit und Konzentration sowie dem Erlernen von Neuem dar. Bei Menschen mit PTBS funktioniert der Wahrnehmungsfilter nicht mehr richtig und sie befinden sich in einem Zustand ständiger Reizüberflutung.
Das Kleinhirn: Gleichgewicht, Koordination und Blickmotorik
Das Kleinhirn ist wichtig für das Gleichgewicht und die Koordination. Gemeinsam mit dem Großhirn steuert es die Muskeln und somit die Bewegungen. Außerdem sorgt es ganz wesentlich mit dafür, dass die Muskel-Spannung des Körpers erhalten bleibt. Während das Großhirn vorrangig für bewusste Bewegungen zuständig ist, steuert das Kleinhirn bereits gelernte Bewegungsabläufe. Hier werden bestimmte Bewegungsabfolgen wie Tanzschritte oder das Schalten beim Autofahren gespeichert.
Der Lobus flocculonodularis: Der älteste Teil des Kleinhirns
Mit dem Lobus flocculonodularis hat für das Kleinhirn quasi alles begonnen: Als dessen ältester Teil ist er bei allen Wirbeltieren zu finden. Er bildet das Vestibulocerebellum, gewährleistet also das Gleichgewicht und stabilisiert Stand und Gang, indem er die Rumpf- und Extremitätenstreckermuskulatur beeinflusst. Außerdem stimmt er die Blickmotorik ab, koordiniert also die Muskeln am Augapfel.
Um diese Aufgabe wahrnehmen zu können, erhält er direkte Informationen aus den Vestibulariskernen und damit aus dem Gleichgewichtsorgan im Innenohr. Das ist deshalb bemerkenswert, da kein anderer Sinneskanal solche primären sensorischen Informationen in das Kleinhirn sendet. Über die Eingänge der Vestibulariskerne behält der Lobus flocculonodularis beispielsweise den Überblick darüber, ob der Kopf gerade nach unten geneigt ist oder sich in diesem Moment nach rechts dreht.
Fällt der Lobus flocculonodularis aus, ist ein wichtiger Reflexbogen des Gleichgewichts gestört, der Patient erfährt Schwindel und muss erbrechen. Außerdem kann er nicht mehr gerade sitzen oder stehen, sondern schwankt ständig. Auch die Augenbewegungen sind gestört, der Augapfel zuckt rhythmisch und unkontrolliert hin und her.
Das Stammhirn und seine Auswirkungen auf unser Verhalten
Der älteste Teil unseres Gehirns - der Hirnstamm (Stammhirn) - hat sich im Laufe der Evolution schon vor ca. 500 Millionen Jahren entwickelt. Das Stammhirn bedient sich munter unserer Programme; es repräsentiert genetisch vorbestimmte Verhaltensweisen, die der Arterhaltung und dem Überleben jedes Einzelnen dienen. Man kann es vergleichen mit einer Art Kontrollzentrum für unbewusste, gefühllose und roboterähnliche Programme, die eher einem Reptilienverhalten ähneln.
In bestimmten Situationen übernimmt dieses die Kontrolle über uns, in deren Folge alle anderen Bereiche out of Control - gelähmt sind, quasi heruntergefahren werden. Unsere mentale Einstellung und unser Verhalten geraten immer dann unter den Einfluss unserer uralten Instinktareale im Gehirn, wenn unser den Gefühlen zugeordnetes limbisches System, welches sich im Zwischenhirn befindet, und unsere evolutionäre noch junge, mit bewussten Denkvorgängen verbundene Großhirnrinde, in ihrer Leistungsfähigkeit beeinträchtigt werden.
Unser Stammhirn ist nun mal keine KI und kann kein Update durchführen. In der heutigen Zeit sind viele Dinge, die wir als Bedrohung empfinden, etwa Existenzsorgen, politische Entwicklungen, Fachkräftemangel, Einbruch der Wirtschaft, Klimawandel, et cetera, für unser Stammhirn nicht mehr greifbar. Unser archaischer Hirnstamm hat für solche Situationen keine sinnvollen Lösungsansätze.
Die Anwesenheit des Dominanzgehabes unseres Stammhirns, können wir wunderbar an verschiedenen Signalen erkennen; beispielhaft seien hier einige genannt, wie Egoismus, Argwohn, Selbstsucht, Gefühllosigkeit, Starrheit, Intoleranz, Aggressivität, Gewaltbereitschaft, fehlende Fürsorglichkeit, kurzfristiges Nutzdenken, Oberflächlichkeit, Opportunismus, Eitelkeit, Suchtverhalten, psychopathisches Auftreten, Eifersucht.
Die Eigenschaften unseres Stammhirns machen uns anfällig für die Einflüsse von Machthabern. Unser Gehirn greift beispielsweise bei der medialen »Dauerdarstellung« von Wirtschaftskrisen, Mangel-Illusionen oder Kriegen auf das Stammhirn zurück und wird dadurch unbewusst in eine Dauerangst hineinversetzt. Unser Stammhirn ist ein schlechter Schüler, es tut sich sehr schwer mit neuen, ihm unbekannten Situationen, fertig zu werden.
Die Lösung: Hightech im Hirn
Im Laufe der Evolution hat sich ein Gehirnteil entwickelt, das beispielsweise für den Mut Neues auszuprobieren, für die Risikobereitschaft und Experimentierfreudigkeit, für die Fähigkeit Abzuwägen und für Lösungen anstelle von Schwarzmalerei, zuständig ist. Der präfrontale Cortex - ein »modernes« Stirnhirn. Wenn wir lernen, von dieser Großhirnfunktion zeitnah Gebrauch zu machen, werden sich unsere Reaktionen auf negative Einflüsse neutralisieren. Wir würden nachhaltige, tragfähige Lösungen finden, Wirtschaft zu stabilisieren, Industrie und Produktion auf- und auszubauen, Personal zu beschaffen, Kriege niederzulegen, dem Klimawandel zu begegnen, Kapital gerechter zu verteilen.