Das Gehirn, der zentrale Steuerungsapparat des menschlichen Körpers, besteht aus unzähligen Nervenzellen, die über Nervenbahnen miteinander verbunden sind. Es lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern: Großhirn, Zwischenhirn, Mittelhirn, Kleinhirn und Nachhirn. Innerhalb dieser Abschnitte spielen die Basalganglien, der Hirnstamm und das Kleinhirn eine entscheidende Rolle bei der Steuerung von Motorik, Gleichgewicht und vielen anderen wichtigen Funktionen.
Das Gehirn: Eine Einführung
Das Gehirn (Encephalon) ist der Teil des zentralen Nervensystems, der innerhalb des knöchernen Schädels liegt und diesen ausfüllt. Es besteht aus etwa 100 Milliarden Gehirnzellen, die untereinander verknüpft sind. Das Gehirnvolumen beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse, und sein Gewicht macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus. Die Gehirnzellen sind eingebettet in ein stützendes Gewebe aus Gliazellen und von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater.
Die Basalganglien: Schaltzentrale der Motorik
Die Basalganglien sind eine Gruppe von Kerngebieten im Gehirn, die tief im Inneren des Großhirns liegen. Zu ihnen gehören der Nucleus caudatus (Schweifkern), das Putamen (Schalenkern), der Globus pallidus (bleiche Kugel), die Substantia nigra (schwarze Substanz) und der Nucleus subthalamicus.
Anatomie der Basalganglien
- Striatum: Caudatus und Putamen werden auch als Striatum bezeichnet. Der Nucleus caudatus hat eine gebogene Form und grenzt an den Seitenventrikel. Das Putamen liegt wie eine Scheibe an ihm an. Ursprünglich waren Caudatus und Putamen ein einziges Kerngebiet, wurden aber durch die Capsula interna getrennt.
- Globus pallidus: Das Pallidum liegt dem Putamen zur Mitte hin eng an. Putamen und Pallidum zusammen werden auch als Nucleus lentiformis bezeichnet.
- Capsula interna: Die Capsula interna ist ein Faserbündel aus weißer Substanz, das sich zwischen Caudatus und Putamen drängt und die absteigenden kortikalen Efferenzen und die thalamo-kortikalen Faserverbindungen bündelt.
Funktion der Basalganglien
Die Basalganglien sind primär mit der Willkürmotorik verbunden, beeinflussen aber auch Motivation, Lernen und Emotion. Sie selektieren zwischen unerwünschten und erwünschten Verhaltensmustern und Bewegungsabläufen und tragen dazu bei, dass wir feinmotorische Bewegungen kontrolliert ausführen können.
Vereinfacht betrachtet sind Striatum und Pallidum Antagonisten: Während das Striatum hemmend wirkt, wirkt das Pallidum aktivierend auf Bewegungsimpulse. Die Basalganglien bewerten mögliche Bewegungsmuster und treffen eine Auswahl zwischen passend und unpassend. So steuern sie Kraft, Ausmaß, Geschwindigkeit und Richtung einer Bewegung.
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Die Basalganglien erhalten Informationen aus verschiedenen Teilen der Hirnrinde und beeinflussen die Bewegungsprogramme bezüglich ihrer Geschwindigkeit, ihres Bewegungsausmaßes, der Kraft und Bewegungsrichtung. Sie stehen über Funktionsschleifen mit der Großhirnrinde in Verbindung und haben jeweils eine eher hemmende oder eher erregende Wirkung auf die Motorik.
Erkrankungen der Basalganglien
Erkrankungen der Basalganglien können zu Bewegungsstörungen führen, die mit der strategischen Planung und Initiierung von motorischen Aktionen zusammenhängen.
- Morbus Parkinson: Bei Parkinson-Kranken bleibt zu viel im Filter der Basalganglien hängen, daher erreichen weniger Bewegungsimpulse die Großhirnrinde. Die Mimik der Patienten ist starr, sie schlucken seltener, ihre Arme schwingen beim Gehen wenig mit. Typisch sind auch Muskelsteifheit und ein langsames Zittern.
- Chorea Huntington: Bei der Erbkrankheit Chorea Huntington lässt der Filter in den Basalganglien zu viele Signale durch, die Patienten haben wenig Kontrolle über ihre Muskulatur, plötzlich und unerwartet setzen Bewegungen ein.
Der Hirnstamm: Zentrum lebenswichtiger Funktionen
Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn (Mesencephalon), Brücke (Pons) und Medulla oblongata (Nachhirn). Er ist für die grundlegenden Lebensfunktionen zuständig und steuert die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung sowie Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.
Das Kleinhirn: Koordinator von Bewegung und Gleichgewicht
Das Kleinhirn (Cerebellum) liegt oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären. Es macht zwar nur ein Zehntel der Masse des gesamten Gehirns aus, beherbergt aber über die Hälfte seiner Nervenzellen. Das Kleinhirn vergleicht eine geplante Bewegung mit der gerade stattfindenden und führt Korrekturen aus. Es koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.
Anatomie des Kleinhirns
Das Kleinhirn sieht aus wie eine Mini-Version des Großhirns und ist extrem zerfurcht, was seine Oberfläche immens vergrößert. Es besteht aus einer äußeren Rinde und dem innenliegenden Mark. Im Mark liegen die Kleinhirnkerne, Gebiete mit dichtgedrängten Nervenzellkörpern.
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Der Informationsfluss ins Kleinhirn ist sehr viel ausgeprägter als der Output: Für jede Nervenfaser, die es verlässt, kommen 40 Nervenfasern herein. Das Kleinhirn erhält permanent eine Flut von Informationen aus dem Sehorgan, dem Rückenmark, dem Gleichgewichtsorgan, dem Hirnstamm und von verschiedenen Bereichen der Großhirnrinde.
Funktion des Kleinhirns
Das Kleinhirn wacht bei allen Bewegungen ständig darüber, dass sich alles so abspielt, wie von den motorischen Zentren in der Hirnrinde geplant, und führt Feinkorrekturen aus. Es sorgt auch dafür, dass wir unser Gleichgewicht halten können.
Das Kleinhirn greift in der Hierarchie der Bewegungskontrolle eine Ebene tiefer an - bei der Ausführung. Mit seiner Hilfe werden initiierte Bewegungen in flüssige, präzise Handlungssequenzen übersetzt.
Erkrankungen des Kleinhirns
Ist das Kleinhirn geschädigt, schießen Bewegungen über, sind fahrig und verfehlen ihr Ziel. Störungen der Kleinhirnfunktion beeinträchtigen die Koordination so sehr, dass gezielte Bewegungen unmöglich werden. Das dazugehörige Krankheitsbild wird Ataxie genannt.
Größere Mengen Alkohol stören die Funktion des Kleinhirns. Daher gleichen die Symptome eines kleinhirnerkrankten Menschen denen eines Betrunkenen: Er leidet unter Gleichgewichtsstörungen, geht breitbeinig und torkelnd. Außerdem spricht er abgehackt, seine Bewegungen sind fahrig und schießen übers Ziel hinaus.
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Zusammenspiel von Basalganglien, Hirnstamm und Kleinhirn
Basalganglien, Hirnstamm und Kleinhirn sind wichtige Teile der Motorik, obwohl sie selbst keine Bewegungen initiieren können. Sie arbeiten zusammen, um Bewegungen zu planen, zu koordinieren und auszuführen.
- Die Basalganglien selektieren zwischen verschiedenen Bewegungsmustern und wählen die passenden aus.
- Der Hirnstamm steuert grundlegende Lebensfunktionen und Reflexe.
- Das Kleinhirn koordiniert Bewegungen und sorgt für Gleichgewicht.
Die Motorik: Ein komplexes System
Die Motorik beschreibt sämtliche willkürliche und kontrollierte Muskelbewegungen des menschlichen Körpers. Hierzu zählen sowohl große Bewegungsabläufe wie das Gehen als auch die Mimik des Gesichts. Auch die motorischen Anteile des Nervensystems zur Steuerung und Wahrnehmung von Bewegungen werden unter dem Begriff Motorik zusammen gefasst.
Die Motorik lässt sich in verschiedene Ebenen unterteilen:
- Spinale Motorik: Bewegungskoordination auf Rückenmarksebene mit der einfachsten Bewegungsantwort auf einen Reiz - dem Reflex.
- Extrapyramidales System: Selbstständige Steuerung der unbewussten Muskelbewegungen und des Grundtonus der Muskulatur.
- Motorcortex: Die in der Hierarchie am höchsten stehende Funktionsebene der Motorik, die Informationen aus den untergeordneten Hirnregionen erhält, verarbeitet und letztendlich den Befehl zur Bewegungsausführung gibt.
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