Das Großhirn (Telencephalon): Funktionen, Aufbau und klinische Bedeutung

Das Großhirn, auch bekannt als Cerebrum oder Endhirn, ist der größte und am höchsten entwickelte Teil des menschlichen Gehirns. Es steuert nahezu alle lebenswichtigen Körperfunktionen, ermöglicht das Denken, emotionales Erleben und viele weitere Abläufe. Es ist die oberste Instanz des Zentralen Nervensystems (ZNS) und verbindet als Kommunikationszentrale alle unsere Organe, Organsysteme und Gewebe miteinander und stimmt sie aufeinander ab.

Gewicht und Schutz des Gehirns

Das menschliche Gehirn wiegt im Durchschnitt etwa 1.400 Gramm, wobei das Gewicht von Geschlecht und Körpergröße abhängt. Das Gehirn muss in besonderem Maße vor Verletzungen geschützt werden. Es wird von den Schädelknochen und innerhalb des Schädels von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben. In dieser festen Hülle schwimmt es gewissermaßen im Hirnwasser, dem Liquor. Liquor ist die Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt. Auch das Rückenmark ist von Liquor umgeben.

Aufbau des Großhirns

Das Großhirn besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch den sogenannten Balken (Corpus callosum) und weitere Nervenfasern miteinander in Verbindung stehen. Die Oberfläche der beiden Großhirnhälften ist zerfurcht wie eine Walnuss und dadurch deutlich vergrößert. Die zahlreichen Hirnwindungen (Gyri) sind durch Furchen (Sulci) gegeneinander abgegrenzt.

Äußere Gliederung

Die beiden Großhirn-Hemisphären lassen sich jeweils in vier Lappen unterteilen:

• Stirnlappen oder Frontallappen (Lobus frontalis): Der Frontallappen ist der größte Lappen der Hirnrinde und enthält vier Hauptgyri (Windungen).
• Scheitellappen oder Parietallappen (Lobus parietalis): Der Parietallappen schließt hinten an den Frontallappen an und gliedert sich in den Gyrus postcentralis sowie den Lobus parietalis superior und inferior.
• Schläfenlappen oder Temporallappen (Lobus temporalis): Der Lobus temporalis besteht aus drei Gyri, dem Gyrus temporalis superior, medius und inferior.
• Hinterhauptslappen oder Okzipitallappen (Lobus occipitalis): Die Furchung des Lobus occipitalis weist eine große Variabilität auf. Je nach Ausprägung teilt sich dieser Lappen in zwei bis drei Gyri: superior, medius und inferior.
• Insellappen (Lobus insularis): Der Insellappen liegt tief in der seitlichen Großhirnfurche verborgen und ist von außen nicht sichtbar. Im Insellappen befindet sich eine Ansammlung kurzer und längerer Gyri.
• Limbischer Lappen (Lobus limbicus): Unter diesem Namen werden die entwicklungsgeschichtlich älteren Bereiche der Großhirnrinde zusammengefasst. Dazu gehören der Gyrus cinguli und der Hippocampus.

Innere Gliederung

Das Großhirn gliedert sich in einen äußeren Teil (Rinde oder Cortex cerebri, graue Substanz) und einen inneren Teil (Mark, weiße Substanz).

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• Großhirnrinde (Cortex cerebri): Die Großhirnrinde ist zwischen zwei und fünf Millimeter dick. Sie besteht aus dem Isocortex (oder Neocortex) und dem darunter liegenden Allocortex. Der Isocortex weist sechs Schichten auf und macht etwa 90 Prozent der Großhirnrinde aus. Der Allocortex ist entwicklungsgeschichtlich älter und hat einen dreischichtigen Aufbau. Die Großhirnrinde besteht aus den Zellkörpern von Milliarden von Nervenzellen (darunter Pyramidenzellen) und Gliazellen. Die Nervenzellen besitzen lange Fortsätze (Axone) in alle Richtungen. Die Großhirnrinde (lateinisch Cortex cerebri, kurz Cortex) ist die äußere Schicht des Großhirns (Telencephalon). Zahlreiche Windungen und Furchen verleihen ihr eine sehr große Oberfläche. Hier befindet sich eine große Anzahl an Nervenzellen, die der Hirnrinde ihre charakteristische rötlich-braune bis graue Farbe verleihen. Aufgrund dieser Färbung wird sie zur grauen Substanz (Substantia grisea) des Großhirns gezählt. Der Cortex cerebri übernimmt vielfältige Aufgaben der Sinneswahrnehmung, ist an Planungs- und komplexen Denkprozessen beteiligt und umfasst etwa die Hälfte des gesamten menschlichen Hirnvolumens.
• Mark des Großhirns: Das Mark des Großhirns besteht aus diesen Nervenzellfortsätzen, die eine Kommunikation auch mit weit entfernten Zellen ermöglichen.

Der zerebrale Kortex (Großhirnrinde) ist der größte und am weitesten entwickelte Teil des menschlichen Gehirns und ZNS. Die Rinde enthält erkennbare Gyri, die durch Sulci getrennt sind. Die Großhirnrinde ist essentiell für das bewusste Erleben von Sinnesreizen und der Planung komplexer Aufgaben und Prozesse.

Funktionen des Großhirns

Das Großhirn ist die oberste Instanz des Zentralen Nervensystems. Es verbindet als Kommunikationszentrale alle unsere Organe, Organsysteme und Gewebe miteinander und stimmt sie aufeinander ab. So werden Reize sowohl aus der Umwelt als auch aus dem Inneren unseres Organismus über Rezeptoren aufgenommen, über aufsteigende Nervenbahnen an das Gehirn weitergeleitet und dann im Großhirn und der Großhirnrinde beurteilt und verarbeitet. Je nach Art der Reize erfolgt dann eine Antwort in Form von Reizen, die über absteigende Nervenbahnen an die Peripherie, innere Organe und Organsysteme gegeben werden.

Allerdings gelangen nicht alle Reize bis in die Großhirnrinde. Manche Informationen werden ganz rasch und ohne, dass sie ins Bewusstsein gelangen, in „niederen“ Hirnregionen verarbeitet. So erfolgt etwa die zentrale Atemregulation in der Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark oder Nachhirn).

Jede Großhirn-Hälfte ist auf bestimmte Aufgaben spezialisiert: in den linken Arealen des Cerebrums sitzen in der Regel Sprache und Logik, in den rechten Großhirn-Arealen die Kreativität und der Orientierungssinn.

Funktion verschiedener Großhirn-Bereiche

• Neocortex: Der Neocortex beherbergt unter anderem die Lern-, Sprech- und Denkfähigkeit sowie das Bewusstsein und das Gedächtnis.
• Stirnhirn (Frontallappen oder Frontalhirn): Im Stirnhirn liegen die Zentren für Willkürbewegungen und für die Kontrolle und Koordination vegetativer, affektiver und geistiger Funktionen. Im motorischen Sprachzentrum (Broca-Areal) werden die Muskeln, die für das Sprechen von Bedeutung sind, repräsentiert - bei Rechtshändern in der linken, bei Linkshändern in der rechten Gehirnhälfte. Im Stirnhirn liegt auch das Zentrum für die Bewegungen der Augenmuskeln. Die Regionen um den Gyrus praecentralis stellen die motorischen Zentren des Großhirns dar.
• Scheitellappen oder Parietallappen: Im Scheitellappen befindet sich die Körperfühlsphäre, repräsentiert durch sensible Bahnen, die von der Haut und den Muskeln kommen und über den Thalamus in die primären sensiblen Rindenfelder des Scheitellappens ziehen. In sekundären sensiblen Rindenfeldern werden Erinnerungen an Empfindungen, die in den primären Rindenfeldern entstanden sind, gespeichert. Hier befindet sich das primäre sensible Zentrum des Großhirns.
• Schläfenlappen oder Temporallappen: Im Schläfenlappen liegt an der Außenfläche das primäre Hörzentrum, das Ende der Hörbahn. Nach hinten schließt sich das sekundäre Hörzentrum an, das akustische Erinnerungszentrum. Einige Abschnitte des Hörzentrums scannen die ständige Geräuschflut, die über das Ohr ins Hirn strömt, nach Bekanntem ab und ordnen es entsprechend ein. Zum Gyrus temporalis superior auf der Innenseite des Temporallappens gehört das Hörzentrum (Area temporalis granulosa) in den Heschlschen Querwindungen (Gyri temporales transversi). Dahinter befindet sich das sensorische Sprachzentrum. In der dominanten Hirnhälfte bildet der hintere Teil dieser Region das sogenannte Wernicke-Areal, das für das Sprachverständnis von Bedeutung ist.
• Okzipitallappen: Im Okzipitallappen befindet sich die Sehrinde, die in ein primäres und ein sekundäres Sehzentrum eingeteilt wird. Optische Signale gelangen über die Sehbahn hierher, werden verarbeitet und interpretiert. Im sekundären Sehzentrum werden optische Erinnerungsbilder gespeichert.
• Wernicke-Areal: Im Temporallappen und zum Teil auch im Parietallappen befindet sich das Wernicke-Areal, das vor allem für das Verstehen von Sprache entscheidend ist. Das Wernicke- und das Broca-Areal bilden das Sprachzentrum im Gehirn.

Die Großhirnrinde ist ein wesentlicher Bestandteil der menschlichen Sinneswahrnehmung. Die im Cortex befindlichen Nervenzellen empfangen und verarbeiten Signale der einzelnen Sinnesorgane und wandeln diese in gezielte Eindrücke um. Die Großhirnrinde dient damit höheren Funktionen wie dem Sehen, Lesen, Hören, Sprechen, aber auch der Planung sowie der Initiierung von willkürlichen Bewegungen. Weiterhin ermöglicht sie komplexe Denkprozesse und steht mit der menschlichen Persönlichkeit in Verbindung.

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Homunculus

Die Großhirnrinde weist verschiedene motorische und somatosensible Areale auf, die bestimmten Körperabschnitten zugeordnet sind. Dabei sind benachbarte Körperteile auf benachbarten Gehirnarealen „abgebildet“. So ergibt sich das Modell eines kleinen, größenmäßig verzerrten Menschens, Homunculus genannt. Der sogenannte Homunculus stellt schematisch dar, wo in der Hirnrinde die für die Motorik und die für die Sinneseindrücke zuständigen Nervenzellen liegen. Dabei zeigt sich, dass die Beine im oberen, die Arme im mittleren und die Zungen- und Gesichtsmuskeln im unteren Drittel der Rinde repräsentiert werden. Auffällig: Im Verhältnis zu ihrer tatsächlichen Größe nehmen die Nervenzellen der Hände, des Kopfes und des Schlundes sehr große Areale ein.

Blutversorgung des Großhirns

Die primäre arterielle Versorgung im gesamten Großhirn erfolgt durch die paarigen Aa. carotis internae und Aa. cerebri posteriores (PCA). Alle münden in den Zusammenfluss der Sinus sagitallis, Sinus transversus, Sinus sigmoideus und schließlich in die V. jugularis interna. 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 und Schädigungen des Großhirns

Erkrankungen und Verletzungen im Großhirn können diverse Folgen haben, je nachdem, wo im Cerebrum und wie ausgeprägt die Schädigung ist.

• Eine Reizung der motorischen Zentren im Stirnhirn ruft Krämpfe hervor (Rindenepilepsie), eine Zerstörung dieser Zentren führt zunächst zu einer Lähmung der Muskeln der anderen Körperseite (Hemiplegie). Im späteren Verlauf können benachbarte Großhirn-Felder und/oder jene der Gegenseite die Funktion übernehmen.
• Werden sekundäre motorische Rindenfelder im Stirnhirn zerstört, verschwindet die Fähigkeit, im Laufe des Lebens erworbene, zweckgerichtete Bewegungen auszuführen. Obwohl die primären Zentren intakt sind und keine Muskellähmungen vorliegen, können Betroffene nicht sprechen (motorische Aphasie - Broca-Aphasie) und nicht schreiben (Agraphie). Bei einer Schädigung des Broca-Areals kann der Patient zwar meist noch Sprache verstehen, hat aber Schwierigkeiten, selbst Wörter und Sätze zu bilden. In leichteren Fällen können Betroffene noch in einem stakkatoartigen Telegrammstil kommunizieren.
• Werden die primären sensiblen Rindenfelder des Parietallappens geschädigt, resultiert eine Anästhesie, eine Unempfindlichkeit. 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).
• Wird das Hörzentrum im Schläfenlappen (Temporallappen) geschädigt, entsteht die sogenannte Rindentaubheit. Dabei reicht bereits eine einseitige, totale Störung aus, um Taubheit auf beiden Ohren hervorzurufen. Denn um hören zu können, müssen die Hörbahnen beider Ohren zur Hörrinde in den zwei Hemisphären des Großhirns intakt sein. Verletzungen oder Hirnblutungen in dieser Region bewirken, dass der Patient Sprache kaum noch entschlüsseln kann. Er redet wie ein Wasserfall, seine Wörterflut ist aber verworren und unverständlich. Eine Störung des sekundären Hörzentrums im Schläfenlappen des Großhirns führt dazu, dass frühere Eindrücke nicht mehr erinnert werden und so Worte, Geräusche, Musik nicht mehr verstanden werden (die sogenannte Seelentaubheit).
• Eine Zerstörung bestimmter Bezirke der Großhirnrinde im Bereich des Sehzentrums (Gehirn) durch einen Tumor oder Schlaganfall führt zu Gesichtsfeldausfällen. Bei einer kompletten Zerstörung der Sehrinde beider Seiten im Großhirn resultiert eine sogenannte Rindenblindheit - Betroffene sind blind, obwohl ihre Netzhaut und die Sehbahn intakt sind. Sie können allenfalls noch Hell und Dunkel voneinander unterscheiden und Bewegungsreize erkennen. Wenn das sekundäre Sehzentrum (Gehirn) im Okzipitallappen im Großhirn zerstört ist, resultiert eine Seelenblindheit. Betroffene können Gegenstände nicht wieder erkennen, weil die Erinnerung erloschen und der Vergleich mit früheren optischen Eindrücken nicht mehr möglich ist.
• Dysfunktionen am linken Temporallappen können das Wortgedächtnis beeinträchtigen, ebenso wie die Fähigkeit, Sprache zu verstehen. Dieses Krankheitsbild wird als Wernicke-Aphasie oder rezeptive Aphasie bezeichnet.
• Schäden am Okzipitallappens können zur sogenannten kortikalen Blindheit führen.
• Beeinträchtigungen des limbischen Lappens können sich durch unterschiedliche Symptome äußern.

Schädigungen am Frontallappen betreffen in erster Linie ausführende Funktionen. Dazu gehören etwa die Fähigkeit, Probleme zu lösen, zu planen und Handlungen einzuleiten. Schäden am mittleren Teil des Frontallappens können Betroffene apathisch und unaufmerksam wirken lassen. Schäden am sogenannten Broca-Zentrum, dem mittleren hinteren Bereich des Frontallappens, führen zu Schwierigkeiten, sich sprachlich auszudrücken. Beeinträchtigungen am vorderen Teil des Frontallappens können sowohl das Arbeitsgedächtnis als auch die Steuerung von Emotionen beeinflussen.

Ist der Parietallappen geschädigt, hat dies unter anderem Empfindungsstörungen, Rechts-Links-Desorientierung, Probleme beim Rechnen und Schreiben und Apraxie zur Folge. Apraxie bezeichnet Schwierigkeiten beim Ausführen einfacher alltäglicher Handlungen, etwa Haare kämmen oder sich anziehen.

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Klinisch von Bedeutung ist außerdem Alzheimer. Alzheimer entsteht, wenn sich in den Neuronen des Cortex Eiweißproteine, sogenannte Neurofibrillen, ablagern. In den betroffenen Zellen kommt es zu Störungen der Transportvorgänge. Bei fortschreitender Krankheit sterben die Nervenzellen ab.

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