Lange Zeit wurde das Kleinhirn (Cerebellum) unterschätzt und lediglich als simple Zentrale der Bewegungssteuerung betrachtet. Doch die Hirnforschung hat mittlerweile klar widerlegt, dass das Kleinhirn auch in höhere Hirnfunktionen involviert ist. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Koordination von Bewegungsabläufen, der Feinabstimmung der Motorik und dem Gleichgewicht. Neueste Studien zeigen, dass es auch bei der Speicherung von emotionalen Eindrücken ins Gedächtnis eine entscheidende Rolle spielt.
Anatomie und Struktur des Kleinhirns
Das Kleinhirn befindet sich in der hinteren Schädelgrube, unterhalb des Großhirns und über dem Hirnstamm. Es wiegt etwa ein Zehntel des gesamten Gehirns und nimmt etwa ein Sechstel des Volumens ein. Es besteht aus zwei Hemisphären, die durch den Kleinhirnwurm (Vermis cerebelli) miteinander verbunden sind. Die Oberfläche des Kleinhirns ist stark gefurcht, was die Oberfläche vergrößert.
Innere Gliederung
Das Kleinhirn gliedert sich in einen äußeren Bereich, die Rinde, und einen inneren Bereich, Mark genannt. Die Kleinhirnrinde besteht aus grauer Substanz, also Nervenzellkörpern. Das Mark enthält weiße Substanz, also Nervenfasern, sowie pro Hemisphäre vier grau gefärbte Ansammlungen von Nervenzellen, die Kleinhirnkerne: Nucleus fastigii, Nucleus dentatus, Nucleus emboliformis und Nucleus globosus.
Der Lebensbaum
Im Querschnitt des Kleinhirns ist die weiße Substanz wie ein Baum verzweigt, der in alle Bereiche des Kleinhirns reicht. Diese Struktur wird auch als Lebensbaum (Arbor vitae) bezeichnet. Die weiße Substanz bildet den Stamm und die Äste, während die graue Substanz das Laub darstellt.
Funktionelle Bereiche
Das Kleinhirn lässt sich in drei funktionelle Bereiche unterteilen:
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- Vestibulocerebellum: Beeinflusst die Körperhaltung, die Feinabstimmung der Augenbewegungen und das Gleichgewicht. Es erhält Informationen vom Gleichgewichtsorgan im Innenohr und leitet diese an die Augenmuskelnervenkerne im Hirnstamm weiter.
- Spinocerebellum: Beeinflusst Bewegungsabfolgen und kontrolliert die Bein- und Hüftposition. Es erhält Nachrichten aus dem Rückenmark über die Stellung von Armen, Beinen und Rumpf sowie über die Muskelspannung.
- Pontocerebellum: Hier werden motorische Bewegungen erlernt, ausgeführt, abgespeichert und präzisiert. Es plant beispielsweise, wie weit der Arm ausfahren muss, um zur Tasse zu gelangen.
Die vielfältigen Funktionen des Kleinhirns
Motorische Kontrolle
Das Kleinhirn ist die höchste Kontrollinstanz für die Koordination aller Bewegungsabläufe. Es reguliert die Motorik, indem es alle Erregungen, die ihm zugeleitet werden, verarbeitet und im Sinne einer normalen Motorik reguliert. Es steht mit dem Großhirn in einem Regelkreis, der die gesamte Motorik des Organismus kontrolliert und durch Feinabstimmung des Muskeltonus anpasst. Es empfängt Meldungen aus den Sinnesorganen, welche die Gelenkstellungen messen, sowie Meldungen aus den Bogengängen, den Schweresinnesorganen und den Augen. Es ist also jederzeit über die Stellung des Körpers im Raum, die Lage der einzelnen Gliedmaßen zueinander sowie über gerade auslaufende Bewegungsbefehle orientiert. Das Kleinhirn gibt seine Befehle entweder an die motorischen Zentren der Großrinde oder an Schaltstellen des extrapyramidalen Systems.
Kognitive Funktionen
Neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen zufolge finden aber auch kognitive Prozesse in diesem Teil ihren Ursprung. Durchgeführte Tests sollen diese Thesen belegen - so hätten diese vor allem bei sprachorientierten Untersuchungen messbare Ausgangspunkte im Kleinhirn ergeben.
Emotionale Verarbeitung und Gedächtnis
Eine aktuelle Studie der Universität Basel hat gezeigt, dass das Kleinhirn auch beim Erinnern von emotionalen Erlebnissen eine wichtige Rolle spielt. Sowohl positive als auch negative emotionale Erlebnisse bleiben besonders gut im Gedächtnis abgespeichert. Dieses Phänomen ist überlebenswichtig, weil wir uns beispielsweise an Gefahrensituationen erinnern müssen, um sie künftig zu vermeiden.
In der Studie wurden 1418 Studienteilnehmern emotionale und neutrale Bilder gezeigt, während ihre Hirnaktivität mittels Magnetresonanztomographie aufgezeichnet wurde. Es zeigte sich, dass sowohl an positive als auch an negative Bilder erinnerten sich die Studienteilnehmenden in einem späteren Gedächtnistest viel besser als an neutrale Bilder. Das verbesserte Abspeichern von emotionalen Bildern war mit einer erhöhten Hirnaktivität in den bereits bekannten Bereichen des Grosshirns verbunden. Zusätzlich identifizierten das Forschungsteam eine starke Aktivierung im Kleinhirn. Die Forschenden konnten ausserdem zeigen, dass das Kleinhirn während der verbesserten Abspeicherung der emotionalen Bilder mit diversen Bereichen des Grosshirns verstärkt kommuniziert. Dabei empfängt es Informationen vom Gyrus Cinguli, einer Hirnregion, die wichtig für die Wahrnehmung und Bewertung von Gefühlen ist. Ferner sendet das Kleinhirn Signale an verschiedene Hirnregionen, unter anderem zur Amygdala und zum Hippocampus.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Kleinhirn ein integraler Bestandteil eines Netzwerks ist, welches für die verbesserte Abspeicherung emotionaler Informationen verantwortlich ist.
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Erkrankungen und Schädigungen des Kleinhirns
Erkrankungen oder Verletzungen des Kleinhirns können zu Störungen der Bewegungskoordination (Ataxie = Gangunsicherheit, Gleichgewichtsstörungen) führen.
Mögliche Ursachen für Kleinhirnschäden
- Abszess: Ein Abszess im Kleinhirn geht meist von Ohrerkrankungen aus, kann aber auch durch Metastasen fernerer Tumore oder durch Verletzungen entstehen.
- Agenesie: Genetisch bedingt oder durch Störungen in der frühen embryonalen Entwicklung können einige Kleinhirnbereiche fehlen, zum Beispiel der Kleinhirnwurm. Es kann aber auch das gesamte Cerebellum fehlen (Kleinhirn-Agenesie).
- Tumore: Ein Kleinhirnbrückenwinkeltumor geht von der Hülle des achten Hirnnerven, des Gleichgewichtsnerven (Nervus vestibulocochlearis), aus. Ein Großteil der ZNS-Tumoren im Kindes- und Jugendalter, zum Beispiel Astrozytome und Medulloblastome, wachsen im Kleinhirn.
- Ausfall der Kleinhirn-Kerne: Ein Ausfall der Kleinhirn-Kerne führt zu unterschiedlichen Formen der Ataxie wie Gangataxie (bei Ausfall des Nucleus fastigii) oder eine skandierende Sprache (bei Ausfall des Nucleus dentatus).
- Kleinhirninfarkt: Ein Kleinhirninfarkt tritt auf, wenn eine Arterie, die das Kleinhirn versorgt, blockiert wird, was zu Schädigungen des Kleinhirns führt.
- Multiple Sklerose: MS ist eine Autoimmunerkrankung, die das zentrale Nervensystem betrifft und Schäden an den Myelinscheiden der Nerven verursacht.
- Alkoholische zerebelläre Degeneration: Diese Erkrankung ist eine Folge von chronischem Alkoholismus und kann zu Schäden an den Kleinhirnzellen führen.
- Friedreich-Ataxie: tritt aufgrund der Expansion des GAA-Repeats im FXN-Gen auf.
- Ataxie-Teleangiektasien, Schwäche, fehlenden Reflexen und Dorsalflexion der Zehen.
Folgen von Kleinhirnschäden
Eine Schädigung des Kleinhirns hat häufig sehr ernste Konsequenzen. Diese können vielfältig sein. Die meisten Erkrankungen machen sich vor allem im Bereich des Gleichgewichtsausgleichs und Körperhaltung bemerkbar. Patienten schaffen es in der Regel nicht mehr aufrecht zu gehen oder aufrecht zu sitzen, da das Kleinhirn Informationen nicht mehr richtig verarbeiten und weiterleiten kann. Neben diesen Symptomen gibt es weitere, die sich vor allem im Bereich der Sprache sowie Einschätzung von Entfernung und Muskelkontrolle zeigen. Durch die Störung im Cerebellum wird die Sprache teilweise schwieriger verständlich und kann nicht mehr klar kontrolliert werden. Bewegungen von Körperteilen wie Armen oder Beinen leiden auch häufig. Muskelpartien werden entweder zu stark oder zu leicht beansprucht.
Auswirkungen auf Vitalparameter
Das Kleinhirn hat einen aktiven Einfluss auf verschiedene Vitalparameter des Körpers. Eine Störung des Kleinhirns bei der Steuerung kann folgende Folgen haben:
- Gleichgewicht: Gleichgewichtsstörungen und Körperhaltungsprobleme
- Koordination von Bewegungen: Störungen von Muskeltonus und Muskelkraft, Schwierigkeiten bei der Feinmotorik und der Koordination von Bewegungen bis hin zu Lähmungserscheinungen
- Herzfrequenz und Blutdruck: Beeinträchtigungen des autonomen Nervensystems können Herzfrequenz und Blutdruck entweder über oder unter die regulären Werte steuern und zu Bewusstlosigkeit oder Herzinfarkten führen
- Atmung: Verlust der Kontrolle der Atmung, Atemfrequenz und -tiefe können zu Ohnmacht führen
- Sprache: Sprachstörungen und Sprachverlust
Bedeutung für das Verständnis psychiatrischer Erkrankungen
Obwohl ein verbessertes Gedächtnis für emotionale Erfahrungen einen lebenswichtigen Mechanismus darstellt, hat dieser auch Schattenseiten: Im Falle sehr negativer Erlebnisse kann er wiederkehrende Angstzustände begünstigen. Daher könnten die nun veröffentlichten Erkenntnisse ebenfalls für das Verständnis psychiatrischer Krankheitsbilder wie der posttraumatischen Belastungsstörung von Bedeutung sein.
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