Das Großhirn (Cerebrum), auch als Endhirn oder Cortex cerebri bezeichnet, ist der größte Teil des menschlichen Gehirns und Sitz höherer kognitiver Funktionen. Es ist für die Bewegungskoordination, Wahrnehmung, das Denken, die Planung, die Sprache und Emotionen verantwortlich. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie des Großhirns, insbesondere die vier Lappen, und ihre jeweiligen Funktionen.
Anatomie des Großhirns
Das Großhirn befindet sich im oberen Bereich des Kopfes und besteht aus zwei hemisphärischen Strukturen, der linken und rechten Hemisphäre. Die beiden Hemisphären sind durch den Corpus callosum (Balken), eine große Faserbahn, miteinander verbunden, die den Informationsaustausch zwischen den beiden Hirnhälften ermöglicht. Die Oberfläche der Hemisphären ist stark gefaltet und durchzogen von zahlreichen Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri), was zu einer deutlichen Oberflächenvergrößerung führt. Diese komplexe Struktur ermöglicht es, eine große Anzahl von Nervenzellen auf begrenztem Raum unterzubringen.
Die Großhirnrinde (Cortex cerebri)
Die Großhirnrinde, auch Cortex cerebri genannt, bedeckt fast das gesamte von außen sichtbare Gehirn. Sie ist die äußerste Schicht des Großhirns und besteht hauptsächlich aus grauer Substanz, die reich an Nervenzellkörpern ist. Die Großhirnrinde ist zwischen zwei und fünf Millimeter dick und lässt sich in den jüngeren Isokortex (Neokortex) und den älteren Allokortex unterteilen. Der Isokortex, der etwa 90 Prozent der Großhirnrinde ausmacht, besteht aus sechs Zellschichten. Der Allokortex, der entwicklungsgeschichtlich älter ist, hat einen drei- bis fünfschichtigen Aufbau.
Schätzungen gehen von etwa 17 Milliarden Nervenzellen (Neuronen) in der menschlichen Großhirnrinde aus. Individuelle Unterschiede zwischen Frauen und Männern hängen vor allem mit der im Durchschnitt größeren Gehirn- und Körpergröße von Männern zusammen und erlauben keine Rückschlüsse auf geistige Fähigkeiten.
Im Cortex entsteht aus den Signalen der Sinnesorgane und vorgeschalteter Hirnregionen ein zusammenhängender Eindruck der Umwelt. Zudem kann er Informationen speichern und bildet damit die biologische Grundlage unseres Gedächtnisses.
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Die vier Lappen des Großhirns
Jede Großhirnhälfte (Hemisphäre) gliedert sich in vier von außen sichtbare Lappen (Lobi):
- Stirnlappen (Frontallappen): Der Frontallappen ist der größte Lappen im Großhirn und befindet sich an der Vorderseite des Gehirns.
- Scheitellappen (Parietallappen): Der Parietallappen befindet sich oberhalb des Okzipitallappens und hinter dem Frontallappen.
- Schläfenlappen (Temporallappen): Der Temporallappen befindet sich unter dem Frontal- und dem Parietallappen und über dem Hirnstamm.
- Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): Der Okzipitallappen ist der hintere Lappen des Großhirns und liegt im Bereich des Hinterkopfes.
Hinzu kommt der Insellappen (Lobus insularis), der tief in der seitlichen Großhirnfurche verborgen liegt und von außen nicht sichtbar ist.
Funktionen der einzelnen Lappen
Jeder Lappen des Großhirns ist für bestimmte Funktionen zuständig, obwohl es auch Überschneidungen und Interaktionen zwischen den verschiedenen Arealen gibt.
Frontallappen
Der Frontallappen ist für höhere kognitive Funktionen wie Planung, Entscheidungsfindung, Arbeitsgedächtnis, Sprachproduktion (Broca-Areal) und willkürliche Bewegungen zuständig. Er spielt auch eine wichtige Rolle bei der Steuerung des Verhaltens und der Persönlichkeit. Der Frontallappen enthält die Präzentralregion, die die motorische Rinde (Areas 4 und 6) bildet. Die motorische Rinde ist das Hauptursprungsgebiet der Nachrichtenvermittlung für Muskelaktivitäten. Ein weiteres Rindenfeld (Area 8) gilt als das Blickzentrum für willkürliche Augenbewegungen.
Schädigungen im Bereich der ganz vorn und an der Unterseite liegenden Rindengebiete des Frontallappens haben manchmal schwere Persönlichkeitsveränderungen zur Folge. Bei einer Schädigung des hinteren Drittels der unteren Windung im Frontallappen, dem Broca-Zentrum, wird die Fähigkeit zu sprechen geschädigt. Und Läsionen im vorderen Teil des Frontallappens führen zu Persönlichkeitsveränderung und Verminderung der intellektuellen Fähigkeiten.
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Parietallappen
Der Parietallappen ist für die Verarbeitung sensorischer Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und Druck zuständig. Er spielt auch eine Rolle bei der räumlichen Wahrnehmung, Navigation und Aufmerksamkeit. Im Scheitellappen (Parietallappen) liegt unter anderem die Postzentralregion. Verletzungen der sekundären sensiblen Rindenfelder bedingen Agnosien - die Unfähigkeit, Gegenstände durch Betasten zu erkennen. Störungen auf der linken Seite, in der sich das Lesezentrum mit einer Erinnerung an die Bedeutung von Schriftzeichen befindet, führen zur Unfähigkeit, zu lesen (Alexie).
Temporallappen
Der Temporallappen ist für die Verarbeitung auditiver Informationen, das Gedächtnis, die Sprache (Wernicke-Areal) und die Erkennung von Objekten und Gesichtern zuständig. Er spielt auch eine Rolle bei der emotionalen Verarbeitung. Dieser Hirnabschnitt spielt eine wichtige Rolle bei der auditiven Verarbeitung und Speicherung von Gedächtnisinhalten. Der Abschnitt trägt zur Gedächtnisbildung, Gesichtserkennung, Sprachverarbeitung sowie Emotionsverarbeitung bei.
Im Schläfenlappen liegt unter anderem die Hör- und die Sprachregion. Im hinteren Bereich der oberen Schläfenlappenwindung (Gyrus temporalis superior) der dominanten Hemisphäre liegt das sensorische oder Wernicke Sprachzentrum, bei dessen Schädigung eine Störung des Wortverständnisses eintritt (sensorische Aphasie). Man nimmt außerdem an, dass die Schläfenlappenrinde eine wichtige Rolle der bewussten und unbewussten Verfügbarkeit der eigenen Vergangenheit und der in ihr gemachten Erfahrungen spielt, ohne die man sich in seiner Umwelt nicht zurechtfinden würde. Im Schläfenlappen liegt auch der Hippocampus, eine Sehpferdchen-förmige Struktur, die hauptsächlich für die Gedächtnisbildung zuständig ist. Bei einem Hirntumor im Schläfenlappen (temporaler Hirntumor) können unter anderem Hör- und/oder Sprachstörungen auftreten. Ist der Hippocampus mitbetroffen, sind oft Gedächtnisstörungen die Folge.
Okzipitallappen
Der Okzipitallappen ist für die Verarbeitung visueller Informationen zuständig. Er empfängt Informationen von den Augen und verarbeitet diese, um uns das Sehen zu ermöglichen. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von visuellen Informationen und der Wahrnehmung von Farben. Darüber hinaus ist er für die Steuerung von Augenbewegungen verantwortlich. Im Okzipitallappen liegt die Sehregion (siehe Sehzentrum in Abbildung oben). Area 17 bildet die Endigungsstätte aller Sehbahnen, die Sehrinde. Schädigungen im Bereich des Hinterhauptslappens (zum Beispiel durch einen okzipitalen Hirntumor) können zu einer Rindenblindheit führen.
Blutversorgung des Großhirns
Das Großhirn benötigt eine kontinuierliche Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen, um seine Funktionen aufrechtzuerhalten. Das Großhirn hat einen hohen Energiebedarf und benötigt etwa 20 Prozent des gesamten Sauerstoffs und Glukose des Körpers, obwohl es nur etwa zwei Prozent des Körpergewichts ausmacht. Das Herz pumpt das sauerstoffreiche Blut zu den Blutgefäßen im Gehirn. Die Blutgefäße im Gehirn sind sehr dicht und verzweigt und ermöglichen eine ausreichende Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen.
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Die arterielle Versorgung des Großhirns erfolgt durch die paarigen Aa. carotis internae und Aa. vertebrales. Die primäre arterielle Versorgung im gesamten Großhirn erfolgt durch die A. cerebri anterior (ACA), die A. cerebri media (MCA) und die A. cerebri posterior (PCA). Die Blutversorgung des Gehirns wird aus 2 Quellen gewonnen: 1) die Aa. carotis internae und 2) das vertebrobasiläre System. Diese Quellen verbinden sich zum Circulus Willisii.
Erkrankungen des Großhirns
Es gibt viele verschiedene Krankheiten, die das Großhirn betreffen können.
- Schlaganfall: Ein Schlaganfall tritt auf, wenn die Blutversorgung des Gehirns unterbrochen wird, was zu einer Schädigung oder zum Absterben von Gehirnzellen führen kann.
- Demenz: Eine Demenz ist ein fortschreitender Verlust der kognitiven Funktionen des Gehirns, wie Gedächtnis, Sprache und Denken.
- Parkinson-Krankheit: Die Parkinson-Krankheit ist eine Erkrankung des Nervensystems, die durch einen Mangel an Dopamin im Gehirn verursacht wird.
- Epilepsie: Epilepsie ist eine neurologische Erkrankung, die zu wiederkehrenden Anfällen führt. Die Anfälle können verschiedene Symptome haben.
- Multiple Sklerose: Multiple Sklerose ist eine chronische Entzündungserkrankung des Nervensystems, die das Myelin (die Schutzschicht um die Nervenfasern) im Gehirn und Rückenmark schädigt.
- Enzephalitis: Enzephalitis ist eine Entzündung des Gehirns, die durch eine Infektion verursacht werden kann.
- Hirntumoren: Hirntumoren können in verschiedenen Bereichen des Großhirns auftreten und je nach Lage und Größe unterschiedliche Symptome verursachen. So können beispielsweise Hirntumoren im Schläfenlappen (temporale Hirntumoren) unter anderem Hör- und/oder Sprachstörungen verursachen. Ist der Hippocampus mitbetroffen, sind oft Gedächtnisstörungen die Folge. Schädigungen im Bereich des Hinterhauptslappens (zum Beispiel durch einen okzipitalen Hirntumor) können zu einer Rindenblindheit führen.
Funktionelle Organisation der Großhirnrinde
Die Großhirnrinde lässt sich in 44 Areale nach Brodmann einteilen. Die individuelle Ausbildung einzelner Areale ergibt eine Nummerierung von 1 bis 57 mit Lücken in der Zählfolge. Die thalamokortikalen Fasern als Input für die primären sensiblen Rindenfelder bedingen eine besonders breite Ausbildung der Lamina IV. In den primären motorischen Rindenfeldern ist sie dagegen eher unterrepräsentiert. In diesen Rindenfeldern steht der Output über die Lamina V im Vordergrund.
Werden morphologische Unterschiede mit funktionellen Analysen gekoppelt, kann der Kortex in primäre Rindenfelder und Assoziationsfelder unterteilt werden. Primäre Rindenfelder sind Gebiete mit strenger somatotoper Gliederung, die motorische Efferenzen oder sensorische Afferenzen für verschiedene Körperteile nicht proportional auf dem Kortex abbilden. Für den primär-motorischen und primär-somatosensorischen Kortex wird die Somatotopie in Form des Homunculus widergespiegelt. Primäre sensible Rindenfelder dienen der ersten kortikalen Verarbeitung und ermöglichen eine bewusste Wahrnehmung. Sekundäre Rindenfelder sind den primären unmittelbar benachbarte, unimodale Assoziationsareale mit gnostischen Funktionen (Erkennen). Tertiäre Rindenfelder dagegen ermöglichen höhere integrative Leistungen durch Projektionen aus verschiedenen Rindenfeldern. Sie können lateralisiert sein. Die Sprache zählt beispielsweise zu den höheren kortikalen Funktionen. Sie wird durch komplexe Verschaltungen mehrerer Assoziationsareale erst möglich.
Das limbische System
Das limbische System ist ein System von Hirnstrukturen, das eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen, dem Gedächtnis und dem Verhalten spielt. Es bildet die Grundlage für assoziative Funktionen wie Steuerung des affektiven Verhaltens, Emotionen, Lernen und Gedächtnis. Es beeinflusst darüber hinaus kortikale Aktivitäten und vegetative Funktionen. Die zugehörigen kortikalen und subkortikalen Strukturen verteilen sich gürtelförmig (limbus = Gürtel) um den Balken und das Diencephalon (Zwischenhirn) an den medialen Seiten der Hemisphären.
Das motorische System
Das motorische System ermöglicht es uns, über Bewegungen mit der Außenwelt zu interagieren. Die Anteile des motorischen Systems sind hierarchisch organisiert. Um eine willentliche Bewegung einzuleiten, werden multiple Areale im frontalen und parietalen Kortex bis zu 2 Sekunden vor der Ausführung aktiviert. In den Assoziationsarealen wird die Notwendigkeit einer Bewegung festgestellt. Der prämotorische Kortex entwickelt einen Plan, der an den primär-motorischen Kortex weitergegeben wird. Neben der Pyramidenbahn als wichtigste Efferenz werden Fasern zu Assoziationskortex, Basalganglien, Kleinhirn und Hirnstammkernen als modulierende Feedback-Systeme entsandt. Sie gleichen eine geplante Bewegung mit dem aktuellen Zustand des Körpers ab. Die absteigenden motorischen Bahnen, welche die Aktivität von α- und γ-Motoneuronen beeinflussen, gehen vom Kortex (Pyramidenbahn) und vom Hirnstamm (extrapyramidalmotorische Bahnen) aus.