Das Gehirn ist ein komplexes Organ, dessen verschiedene Bereiche in ständiger Interaktion miteinander stehen. Zu den wichtigsten Strukturen, die an der Verarbeitung von Emotionen, Gedächtnisinhalten und kognitiven Funktionen beteiligt sind, gehören die Amygdala (Mandelkern), der Hippocampus und der frontale Cortex. Dieser Artikel beleuchtet die spezifischen Funktionen dieser Hirnareale und ihr Zusammenspiel.
Amygdala: Das emotionale Zentrum
Die Amygdala, auch Mandelkern genannt, ist eine mandelförmige Struktur im limbischen System, einem entwicklungsgeschichtlich alten Bereich des Gehirns. Sie spielt eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen, insbesondere Angst, aber auch Wut und Freude. Die Amygdala wirkt vor allem als emotionaler Verstärker.
Vielfältige Funktionen der Amygdala
Experimente an Tieren zeigen die Vielfalt der Funktionen der Amygdala:
- Stimulation der oberflächlichen Kerngruppe: Führt zu Schmatzen, Kau- und Leckbewegungen sowie zur Anregung des Speichelflusses.
- Stimulation des tiefen Amygdala-Teils: Führt zu Kopfheben, Pupillenerweiterung und aufmerksamem Umschauen. Bei stärkeren Impulsen kann dies in Angst oder Wut umschlagen.
Die Reaktion auf eine Stimulierung der Amygdala hängt beim Menschen von der jeweiligen Stimmung ab. Probanden berichten beim Reizen der Amygdala von erinnerungsähnlichen Halluzinationen oder Déjà-vu-Erlebnissen.
Auswirkungen eines fehlenden Mandelkerns
Die Bedeutung der Amygdala wird besonders deutlich, wenn sie fehlt oder geschädigt ist:
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- Verlust von Emotionen: Tiere mit zerstörter Amygdala wirken emotionsloser und zeigen kein aggressives oder defensives Verhalten. Sie zeigen keine Furcht, selbst bei direkter Konfrontation mit Gefahren.
- Schwierigkeiten beim Lernen emotionaler Assoziationen: Betroffene Tiere haben Schwierigkeiten, Gegenstände mit Belohnung oder Strafe zu verbinden.
- Soziale Isolation: Die Tiere suchen keinen Kontakt mehr zu anderen Artgenossen und isolieren sich.
Auch beim Menschen führt eine Schädigung der Amygdala zu ähnlichen Symptomen. Patienten mit operativem Entfernen des Mandelkernkomplexes oder mit dem Urbach-Wiethe-Syndrom (einer seltenen Erbkrankheit, bei der die Amygdala verkalkt) haben Schwierigkeiten, Gesichter zu erkennen und Gesichtsausdrücke richtig zu deuten. Dies führt zu starken Störungen im Sozialverhalten. Dem Wort „Angst“ können sie keinerlei Bedeutung zuordnen.
Amygdala und Gedächtnis
Der Mandelkernkomplex spielt auch eine Rolle für das emotionale Gedächtnis. Normalerweise erinnern wir uns besser an Situationen, die mit starken Gefühlen verbunden sind, besonders Angst. Menschen mit geschädigtem Mandelkernkomplex zeigen diesen Effekt nicht und erinnern sich an abstoßende, neutrale und wohltuende Szenen gleich gut.
Amygdala und Stressreaktion
Die Amygdala ist eine wichtige Hirnregion für das Erleben von Stress und Angst. Sie ist Teil des limbischen Systems und steuert psychische und körperliche Reaktionen auf Stress- und Angstsituationen. Bei Signalen, die höhere Aufmerksamkeit erfordern, feuern ihre Nervenzellen, was zu erhöhter Wachsamkeit führt. Ab einer bestimmten Schwelle aktiviert die Amygdala die Kampf- und Flucht-Reaktion über das sympathische Nervensystem und den Hypothalamus.
Hippocampus: Die Schaltstelle für Gedächtnis und Lernen
Der Hippocampus ist eine weitere wichtige Struktur des limbischen Systems und spielt eine zentrale Rolle bei der Bildung und Aufrechterhaltung von Gedächtnisinhalten sowie Lernprozessen. Er ist die zentrale Schaltstelle des limbischen Systems und erhält entschlüsselte sensorische Informationen aus den verschiedenen Sinnesbereichen in den Hirnlappen.
Funktion des Hippocampus
- Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen: Informationen aus verschiedenen Gehirnarealen fließen im Hippocampus zusammen, werden verarbeitet und an die Großhirnrinde zurückgeschickt.
- Ordnende Wirkung: Der Hippocampus ordnet Ereignisse zeitlich, geografisch und sprachlich zu und bewertet Reize. Er ist wesentlich für die Orientierung und Lernfähigkeit.
- Zusammenarbeit mit der Amygdala: Hippocampus und Amygdala arbeiten eng zusammen bei der emotionalen Bewertung von Eindrücken und der Verknüpfung dieser mit verschiedenen Gefühlen.
Papez'scher Schaltkreis
Der Hippocampus ist die Pforte zum Papez'schen Schaltkreis, der eine wichtige Rolle beim Lernen und der Festigung von Informationen spielt. Dieser Schaltkreis besteht aus Einzelstrukturen, die zum limbischen System gehören: Hippocampus, Fornix, Mamillarkörper, Thalamus und Gyrus Cinguli.
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Gedächtniskonsolidierung
Es gibt zwei Theorien darüber, wie gespeicherte Erinnerungen vom medialen Temporallappen (einschließlich des Hippocampus) unabhängig werden:
- Konsolidierungstheorie: Hippocampus und Gebiete im medialen Temporallappen werden für die Speicherung und den Abruf von Erinnerungen benötigt. Der Hippocampus vermittelt zwischen den Speicherarealen in der Hirnrinde, da eine Information visuelle, auditive und räumliche Aspekte haben kann. Im Laufe der Zeit bilden die Komponenten direkte Verbindungen untereinander, um das Wissen zu verknüpfen.
- Theorie multipler Gedächtnisspuren: Die Speicherorte der Erinnerungen werden nie unabhängig vom Hippocampus sein. Werden Erinnerungen jedoch häufig abgerufen und somit die Netzwerke aus Nervenzellen, die für diese Erinnerung zuständig sind, vergrößert, so können Erinnerungen auch bei Hippocampus-Läsionen bestehen bleiben.
Auswirkungen von Schädigungen des Hippocampus
Schädigungen des Hippocampus können zu schweren Gedächtnisstörungen führen. Patienten verlieren die Fähigkeit, neue Gedächtnisinhalte abzuspeichern (anterograde Amnesie). Sie können sich jedoch an ihre Vergangenheit erinnern, wobei ältere Erinnerungen besser erhalten bleiben als neuere.
Frontaler Cortex: Die Schaltzentrale für Planung, Entscheidung und Persönlichkeit
Der frontale Cortex, insbesondere der präfrontale Cortex (PFC), ist der größte Teil des menschlichen Gehirns und nimmt den vorderen Rindenteil des Frontallappens ein. Er ist eng mit den sensorischen Assoziationsgebieten des Cortex verbunden und gilt als Sitz der exekutiven Funktionen, die das eigene Verhalten steuern, sowie des Arbeitsgedächtnisses.
Funktionen des frontalen Cortex
- Handlungsplanung und Entscheidungsfindung: Der PFC ist entscheidend für die Planung von Handlungen und die Entscheidungsfindung.
- Emotionale Bewertung und Integration von Informationen: Er erfüllt die Funktion, Informationen ins Gedächtnis zu integrieren und emotional zu bewerten.
- Steuerung des Verhaltens: Die im präfrontalen Cortex ablaufenden Funktionen und Prozesse werden als notwendig angesehen, um Handlungen situationsangemessen zu planen und Emotionen zu regulieren.
- Persönlichkeit: Manche bezeichnen den präfrontalen Cortex, der hinter der Stirn liegt, auch als Sitz der Persönlichkeit.
Verbindungen des frontalen Cortex
Der PFC ist stark mit anderen Hirnstrukturen vernetzt. Afferenzen (informationszuführende Verbindungen) verlaufen von so gut wie allen sensorischen Assoziationsgebieten der Großhirnhemisphäre aus. Weiterhin bestehen viele Afferenzen aus dem Thalamus und den dopaminergen Hirnstammzentren der Formatio reticularis. Der mediale präfrontale Kortex ist insbesondere mit der Amygdala vernetzt und wird so mit der Modifikation von Emotionen in Zusammenhang gesetzt. Eine efferente Verbindung (wegführende Verbindung) ohne vergleichbare Afferenz verläuft zum Nucleus accumbens (Teil des “Belohnungssystems”).
Auswirkungen von Schädigungen des frontalen Cortex
Durch Schädel-Hirn-Verletzungen, Blutungen, Tumore und degenerative Prozesse im Gehirn kann die Funktion des präfrontalen Cortex eingeschränkt werden. Dies kann zu folgenden Symptomen führen:
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- Verringerte intellektuelle Fähigkeiten
- Einschränkungen der Konzentrationsfähigkeit, des Antriebs und der Planungsfähigkeit
- Persönlichkeitsveränderungen
- Pseudo-depressive Störungen mit Antriebslosigkeit bis hin zur Apathie
- Pseudo-psychopathische Störungen
Der präfrontale Cortex wird auch mit dem Krankheitsbild der Schizophrenie in Zusammenhang gebracht. Schizophrene Patienten weisen meist eine frontale Hypofunktion auf, die mit einer Überaktivität der dopaminergen Afferenzen aus der Formatio reticularis zum PFC in Verbindung gebracht wird.
Frontaler Cortex und Stress
Chronischer Stress kann den präfrontalen Cortex verändern, so dass es schwieriger wird, sinnvolle Entscheidungen zu treffen. Der Stirnlappen ist wichtig für die Kontrolle der Emotionen und spielt eine große Rolle bei der Bewertung, ob wir einen Stressor für bewältigbar halten oder nicht, und für unser Verhalten in der stressigen Situation.
Zusammenspiel der Hirnareale
Die Amygdala, der Hippocampus und der frontale Cortex sind eng miteinander verbunden und arbeiten zusammen, um komplexe kognitive und emotionale Prozesse zu ermöglichen.
- Emotionale Bewertung und Gedächtnis: Die Amygdala bewertet Gedächtnisspuren mit Emotionen, während der Hippocampus für die Speicherung und den Abruf von Gedächtnisinhalten zuständig ist.
- Planung und Kontrolle von Verhalten: Der frontale Cortex nutzt Informationen aus der Amygdala und dem Hippocampus, um Handlungen zu planen und das Verhalten zu steuern.
- Stressreaktion: Die Amygdala initiiert die Stressreaktion, während der frontale Cortex die Bewertung des Stressors und die Reaktion darauf beeinflusst.
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