Das Mittelhirn: Motorische, sensorische und Reflexfunktionen

Das Mittelhirn, auch Mesencephalon genannt, ist ein wesentlicher Bestandteil des Hirnstamms und spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung motorischer, sensorischer und Reflexfunktionen. Es verbindet das Vorderhirn mit dem Hinterhirn und ist an einer Vielzahl von lebenswichtigen Prozessen beteiligt, darunter Bewegung, Sehen, Hören, Schlaf-Wach-Rhythmus und Schmerzempfindung.

Überblick über den Hirnstamm

Der Hirnstamm ist ein zentraler und lebenswichtiger Bestandteil des zentralen Nervensystems, der eine Reihe von lebenswichtigen Funktionen ausführt. Er verbindet das Großhirn und das Rückenmark miteinander und besteht aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) und dem verlängerten Mark (Medulla oblongata). Der Hirnstamm enthält viele Nerven, Bahnen, Reflexzentren und Kerne und dient als wichtige Zwischenstation für sensorische, motorische und autonome Informationen. Die Hirnnerven außer I und II haben ihren Ursprung im Hirnstamm. Der Hirnstamm spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Herz-Kreislauf- und Atemfunktion, des Bewusstseins und des Schlaf-Wach-Rhythmus.

Die Entwicklung des Gehirns erfordert mehrere komplexe Entwicklungsschritte. Durch Gastrulation und Neurulation wird das Neuralrohr gebildet, wovon Neuralleistenzellen auswandern.

Lage des Hirnstamms

Der Hirnstamm liegt nahe dem Clivus des Os occipitale, zwischen der Medulla spinalis und dem Diencephalon, vor dem Cerebellum. Kranial grenzt er an den 3. Hypothalamus, lateral an den Temporallappen. Der 4. Ventrikel befindet sich posterior zum Hirnstamm zwischen ihm und dem Cerebellum. In aufsteigender Reihenfolge von der Medulla an der Basis bis zum Pons in der Mitte, die mit dem Mesencephalon am rostralsten Teil des Hirnstamms endet.

Das Mittelhirn (Mesencephalon) im Detail

Das Mesencephalon, zu Deutsch - das Mittelhirn, stellt den obersten Abschnitt des Hirnstamms dar. Nach unten gliedert sich der Pons - die Brücke - an, darüber liegen bereits die Strukturen des Diencephalons, des Zwischenhirns. Wie im gesamten Hirnstamm ist auch im Mesencephalon Motorik ein großes Thema - hier liegen zum Beispiel der Nucleus ruber und die Substantia nigra, letztere bekannt geworden durch ihre traurige Rolle bei der Entstehung von Parkinson. Aber es gibt auch Hören und Sehen, einige Hügel tauchen auf, Schenkel, und: Als einzige Struktur des Gehirns verfügt das Mittelhirn über eine eigene Wasserleitung, den Aquaeductus mesencephali.

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Strukturen des Mittelhirns

Das Mesencephalon teilt sich in Crura cerebri, Tegmentum und Tectum.

• Crura cerebri (Hirnschenkel): Ein großes Bündel Fasern, das Signale vom Cortex ins Rückenmark und zu Brücken- und Hirnnervenkernen leitet. Diese Fasern sind fein säuberlich geordnet: An der Innenseite laufen die Verbindungen zum frontalen Cortex, weiter nach außen schließen sich die Fasern zum motorischen Cortex - die Pyramidenbahn - und ganz außen die zum Temporallappen an. Es zeigt sich sogar ein weiterer Homunculus: nach innen liegen die Fasern, die den Kopf versorgen, nach außen die der Füße.
• Tectum (Vierhügelplatte): Besteht aus den Colliculi superiores (obere Hügel) und Colliculi inferiores (untere Hügel).
• Tegmentum: Liegt zwischen den Crura cerebri und dem Tectum und enthält wichtige Kerne und Kerngebiete.

Funktionelle Anatomie des Mittelhirns

• Colliculi superiores (obere Hügel): Erhalten über Sehnerv und Sehtrakt direkte Eingänge von der Netzhaut des Auges. Dabei geht es primär um Informationen über sich rasch ändernde Reize - also um Bewegung. Das könnte ein fahrendes Auto sein, dem wir mit den Augen folgen, oder ein Ast, der auf unser Gesicht zuschnellt, woraufhin wir reflexartig die Augen schließen, um sie zu schützen. Beides wären Beispiele für Funktionen der Colliculi superiores. Genauso wie die Sakkaden - diese schnellen Augenbewegungen, die Sie beispielsweise jetzt gerade beim Lesen dieser Wörter machen. Entsprechend sind auch die Ausfälle bei Schädigungen des oberen Hügels: einem Objekt mit den Augen zu folgen, ist nicht mehr möglich, wobei weiterhin sämtliche optischen Reize wahrgenommen und verarbeitet werden.
• Colliculi inferiores (untere Hügel): Dienen als Umschaltstelle für die meisten Fasern der Hörbahn. Die Signale laufen von hier aus direkt zum Corpus geniculatum mediale des Thalamus und von dort weiter in den primären auditiven Cortex. Diese zentrale Lage der Colliculi inferiores in der Hörbahn bedeutet, dass ihre Schädigung zu reduzierter Hörfähigkeit führen kann.
• Augenmuskelkerne: Die vertikalen Augenbewegungen sind Sache des Mittelhirns, die horizontalen dagegen vor allem in der Pons ausgelöst werden.
• Substantia grisea periaqueductalis (periaquäduktales Grau): Für die Schmerzunterdrückung spielt es eine wichtige Rolle und auch für die Reaktion von Kampf oder Flucht. Den Namen hat es, weil besagte Wasserleitung, der Aquaeductus mesencephali direkt durch dieses Grau hindurchfließt.
• Nucleus ruber (roter Kern): Er gehört zum extrapyramidalen motorischen System, übernimmt also motorische Aufgaben, die nicht über die Pyramidenbahn verhandelt werden. Dabei ist er Teil einer Neuronenschleife zwischen Olive, Kleinhirnkernen und Kleinhirnrinde. Fällt in dieser Schleife etwas aus, ist ein Intensionstremor die Folge - soll die Hand zum Beispiel ein Glas greifen, wird das Zittern umso stärker, je näher sie dem Bewegungsziel kommt. Seine rote Färbung verdankt der Nucleus ruber übrigens seinem hohen Eisengehalt.
• Locus coeruleus (blauer Ort): Seine dunkel-​bläuliche Färbung verdankt der Locus coeruleus - der blaue Ort - dem Melanin seiner Zellen. Diese produzieren Noradrenalin - ein Stresshormon, weshalb der Locus coeruleus trotz seines schönen Namens nicht nur als Wecksystem - im Zusammenhang mit der Formatio reticularis (FR) - sondern gleich als Alarmsystem gilt. Bekanntermaßen hat zu viel Alarm, zu viel Stress, zu viel Noradrenalin keine guten Folgen auf die körperliche und geistige Gesundheit.
• Raphé-​Kerne: Der einzige Standort der Serotonin-​Produktion im Gehirn sind die Raphé-​Kerne, die den innersten Bereich der Formatio reticularis bilden. Von hier aus setzen sie ihre wertvolle Fracht in weiten Teilen des Gehirns frei, vor allem im limbischen System.
• Substantia nigra (schwarze Substanz): Ihren Namen verdankt sie einem hohen Melaninanteil in den Zellkernen. Und ihre Berühmtheit der Krankheit Parkinson: Da sie mitten in einem Netz von Systemen sitzt, die Bewegungen verschalten und koordinieren, hat ihr Ausfall fatale Folgen für Bewegungseinleitung und den grundsätzlichen Antrieb zu einer Bewegung. Der Neurotransmitter der Substantia nigra ist das Dopamin - und es sind diese dopaminergen Neurone, die bei Morbus Parkinson absterben. Bis zu 70 Prozent dieser Zellen können untergehen, bevor die Symptome sichtbar werden.
• Formatio reticularis: Ein ganzes Netz von verschalteten Kernen, die vielerlei Aufgaben haben und durch den gesamten Hirnstamm hindurchzieht.

Motorische Funktionen

Das Mittelhirn spielt eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Motorik. Es enthält wichtige motorische Zentren wie die Substantia nigra und den Nucleus ruber. Die Substantia nigra ist an der Bewegungseinleitung und -koordination beteiligt, während der Nucleus ruber Teil des extrapyramidalen motorischen Systems ist und motorische Aufgaben übernimmt, die nicht über die Pyramidenbahn verhandelt werden.

Sensorische Funktionen

Das Mittelhirn ist auch an der Verarbeitung sensorischer Informationen beteiligt. Die Colliculi superiores erhalten Informationen von der Netzhaut des Auges und sind an der Steuerung von Augenbewegungen und der Verarbeitung visueller Reize beteiligt. Die Colliculi inferiores dienen als Umschaltstelle für die meisten Fasern der Hörbahn.

Reflexfunktionen

Das Mittelhirn ist an der Steuerung verschiedener Reflexe beteiligt, darunter der Lidschlussreflex, der durch einen plötzlich auftretenden visuellen Reiz ausgelöst wird. Die Colliculi superiores spielen eine Rolle bei der Steuerung von schnellen Augenbewegungen (Sakkaden), die es uns ermöglichen, unsere Aufmerksamkeit schnell auf verschiedene Objekte in unserer Umgebung zu richten.

Hirnnerven im Mittelhirn

Die Hirnnerven III (N. oculomotorius) und IV (N. trochlearis) entspringen im Mittelhirn. Der N. oculomotorius steuert die meisten Augenmuskeln und ist für die Pupillenverengung und die Akkommodation des Auges verantwortlich. Der N. trochlearis steuert den Musculus obliquus superior, einen Augenmuskel, der für die Abwärtsbewegung und die Auswärtsdrehung des Auges verantwortlich ist.

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Blutversorgung des Mittelhirns

Die arterielle Versorgung des Mesencephalons erfolgt über verschiedene Äste der A. cerebri posterior aus der A. basilaris, darunter die A. collicularis, die Aa. thalamoperforans anterior und die A. chorioidea posterior.

Hirnstamm Funktionsstörungen: Ursachen und Symptome

Bei der Untersuchung von möglichen Störungen des Hirnstamms ist es wichtig zu verstehen, dass dieser Teil des Gehirns sowohl empfindlich als auch unerlässlich für viele lebenserhaltende Prozesse ist. Eine Störung in diesem Teil des Gehirns kann ein Anzeichen für eine Reihe schwerwiegender medizinischer Zustände sein, einschließlich Läsionen und Schlaganfälle.

Läsion im Hirnstamm

Das Auftreten einer Läsion im Hirnstamm kann auf eine Vielzahl von Ursachen zurückzuführen sein, einschließlich traumatischer Verletzungen, entzündlichen Erkrankungen, Infektionen oder neurodegenerativen Zuständen. Die genaue Art und Wirkung einer Läsion hängt stark von ihrer Lage und Ausdehnung ab. Zum Beispiel kann eine Läsion, die sich auf das Mittelhirn erstreckt, sensorische und motorische Fähigkeiten beeinträchtigen, während eine Läsion in der Medulla oblongata die Kontrolle über autonome Funktionen wie Atmung und Herzfrequenz beeinträchtigen könnte. Ein häufiger Grund für Läsionen im Hirnstamm sind traumatische Gehirnverletzungen, die zum Beispiel bei Autounfällen oder Stürzen auftreten können. Andere Ursachen können entzündliche Erkrankungen wie Multiple Sklerose, Infektionen wie Meningitis oder neurodegenerative Zustände wie Parkinson-Krankheit sein.

Eine Läsion ist ein Bereich von verändertem oder beschädigtem Gewebe in einem Organ oder Gewebe. Im Kontext des Gehirns können Läsionen durch eine Vielzahl von Faktoren, einschließlich Trauma, Infektion, Entzündung, oder degenerativen Zuständen verursacht werden.

Symptome einer Läsion im Hirnstamm

Die Symptome, die mit einer Läsion im Hirnstamm auftreten können, sind sehr vielfältig und hängen von der genauen Lokalisation und Ausdehnung der Läsion ab.

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• Verlust oder Beeinträchtigung der Motorik: Da der Hirnstamm mit der Kontrolle von Bewegungen beteiligt ist, kann eine Läsion in diesem Bereich zu Schwierigkeiten beim Bewegen eines oder mehrerer Körperteile führen.
• Schwierigkeiten beim Schlucken oder Sprechen: Läsionen im Hirnstamm können auch die Muskeln beeinflussen, die für das Schlucken und Sprechen verantwortlich sind, was Dysphagie oder Dysarthrie verursachen kann.
• Veränderungen bei den Sinneswahrnehmungen: In einigen Fällen können Läsionen im Hirnstamm auch dazu führen, dass die Patienten Veränderungen in ihrer Fähigkeit feststellen, zu fühlen, zu hören oder zu sehen.
• Veränderungen im Bewusstseinszustand: Schwerwiegende Läsionen im Hirnstamm können das Bewusstsein und die Wahrnehmung der Person beeinflussen, einschließlich Symptome wie Verwirrung, Schwindel oder sogar Koma.

Bei Auftreten solcher Symptome sollte umgehend medizinischer Rat eingeholt werden.

Hirnstamm Schlaganfall

Ein Schlaganfall tritt auf, wenn der Blutfluss zu einem Teil des Gehirns unterbrochen wird. Wenn dies im Hirnstamm passiert, kann es besonders schwerwiegende Folgen haben. Die Gründe, warum ein Schlaganfall im Hirnstamm auftritt, sind vielfältig. Oft handelt es sich um ischämische Schlaganfälle, die durch ein Blutgerinnsel verursacht werden, das eine Arterie blockiert und so den Blutfluss zum Hirnstamm stoppt. Als Vergleich könnte man einen ischämischen Schlaganfall als Verkehrsblockade im Hirn vorstellen. Ein Blutgerinnsel verhindert, dass das Blut (also der Verkehr) die Zellen im Gehirn erreicht. Die Zellen (oder Autos) können nicht an ihr Ziel gelangen und beginnen abzusterben.

Erste Anzeichen eines Schlaganfalls im Hirnstamm

Ein Schlaganfall im Hirnstamm kann sich in einer Reihe unterschiedlicher Symptome manifestieren. Einige der gängigsten sind:

• Vertigo oder Schwindel: Die plötzliche Unfähigkeit, das Gleichgewicht zu halten oder eine plötzliche Schwindelgefühl Könnten auf einen Schlaganfall hindeuten.
• Gesichtslähmung: Ein plötzliches Herabhängen von einem oder beiden Seiten des Gesichts.
• Schwäche oder Lähmung auf einer Körperseite: Eine plötzliche Schwäche oder Unfähigkeit, einen Arm oder ein Bein zu heben, kann ein Hinweis auf einen Schlaganfall sein.
• Gestörte Sprache: Schwierigkeiten beim Sprechen oder das Verstehen von Sprache sind weitere Anzeichen für einen möglichen Schlaganfall.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass jeder Verdacht auf einen Schlaganfall sofortige ärztliche Aufmerksamkeit erfordert. Je schneller eine Behandlung beginnt, desto besser sind die Aussichten auf eine vollständige Erholung.

Migräne und der Hirnstamm

Viele Forschungen deuten darauf hin, dass der Hirnstamm eine signifikante Rolle bei der Entstehung und Ausprägung von Migränekopfschmerzen spielt. Im Speziellen scheinen abnormale Aktivitäten innerhalb des Hirnstamms mit der Entwicklung der für Migräne typischen Symptome zusammenzuhängen. Der Hirnstamm ist das Kernstück des Gehirns, das für die Regulierung wichtiger Körperprozesse wie Herzschlag und Atmung verantwortlich ist. Zusätzlich fungiert er auch als Schaltstelle für Signale, die zwischen verschiedenen Teilen des Gehirns und dem Rest des Körpers hin-und-herfliegen. In Bezug auf Migräne haben Wissenschaftler entdeckt, dass erhöhte Aktivität innerhalb bestimmter Bereiche des Hirnstamms - speziell dem Trigeminus-Komplex - im Zusammenhang mit der Auslösung von Migräneattacken steht. Wie viele andere Aspekte der Migräneerkrankung ist die genaue Art dieser Beteiligung noch immer Gegenstand intensiver Forschung. Die Funktionsweise der Migräne ist komplex und noch nicht vollständig verstanden. Man glaubt jedoch, dass eine übermäßige Freisetzung bestimmter chemischer Substanzen im Gehirn, sogenannte Neurotransmitter, eine entscheidende Rolle bei der Auslösung eines Migräneanfalls spielt. Einige dieser Neurotransmitter, wie zum Beispiel Serotonin, sind bekannt dafür, dass sie in hohen Konzentrationen im Hirnstamm vorhanden sind.

Verschiedene von Experten durchgeführte Studien legen nahe, dass der Hirnstamm eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Migräne spielen könnte. Eine Theorie ist, dass die abnormale Funktion des Hirnstamms dazu führt, dass die Schmerzweiterleitungssysteme des Gehirns überempfindlich werden. Es wird angenommen, dass Migränekopfschmerzen durch eine Entzündung und anschließende Aktivierung der Meningen ausgelöst werden, der Schutzhüllen, die das Gehirn umgeben. Es wird gedacht, dass diese Entzündung zur Überproduktion von bestimmten Neurotransmittern führen kann, die dann die Schmerznerven im Hirn stark aktivieren. Daneben haben Untersuchungen ergeben, dass während eines Migräneanfalls bestimmte Teile des Hirnstamms, insbesondere der periaquäduktale Graue, überaktiv sind. Dieser Abschnitt des Gehirns ist dafür zuständig, wie das Gehirn Schmerzen wahrnimmt und verarbeitet, daher könnte seine Überaktivität das übermäßige Schmerzgefühl während einer Migräne verstärken. Gewisse Studien haben auch festgestellt, dass der stetige Einfluss von Migräneattacken auf den Hirnstamm zu dauerhaften strukturellen Veränderungen führen kann. So fanden Wissenschaftler heraus, dass Patienten mit chronischer Migräne eine dickere Schicht an grauer Substanz im Hirnstamm hatten.

Mit Hilfe neuer Technologien wie der funktionalen MRT wurden Wissenschaftler auf der ganzen Welt in die Lage versetzt, die Aktivität des Gehirns während Migräneattacken und in symptomfreien Perioden zu studieren. Dies hat es ermöglicht, den Hirnstamm und seine Rolle bei Migräne genauer zu erforschen. Obwohl immer noch viele Fragen offen sind, hat diese Forschung bereits dazu beigetragen, unser Verständnis der komplexen biologischen Prozesse, die bei Migräne eine Rolle spielen, zu erweitern.

Blutversorgung des Hirnstamms

Die Blutversorgung des Hirnstamms erfolgt über verschiedene Arterien, die aus der A. vertebralis und der A. basilaris entspringen. Die A. spinalis anterior versorgt den medialen Teil der Medulla oblongata, während die Aa. vertebrales das Versorgungsgebiet daneben abdecken. Lateral wird die Medulla oblongata von der A. cerebellaris posterior inferior (PICA) versorgt. Der Pons wird hauptsächlich über Äste der A. basilaris versorgt, wobei zusätzliche Versorgung von Ästen der A. cerebellaris superior kommt. Das Mesencephalon wird über verschiedene Äste der A. cerebri posterior aus der A. basilaris versorgt, darunter die A. collicularis, die Aa. thalamoperforans anterior und die A. chorioidea posterior.

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