Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, dessen Oberfläche durch Windungen (Gyri) und Furchen (Sulci) gekennzeichnet ist. Diese Struktur ermöglicht eine maximale Oberfläche innerhalb des begrenzten Schädelraums. Störungen in der Entwicklung dieser Gyri können zu einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen führen. Dieser Artikel bietet einen Überblick über die Entwicklung der Gyri, die verschiedenen Arten von Gyrierungsstörungen und deren Ursachen, Symptome, Diagnose und Behandlungsmöglichkeiten.
Entwicklung der Gehirn Gyri
Die Entwicklung der Gehirn Gyri ist ein komplexer Prozess, der während der fetalen Entwicklung stattfindet.
Neuronale Migration
Die Migration der ersten Neuronen, die den zukünftigen Kortex bilden, beginnt etwa in der 8. Schwangerschaftswoche (SSW) und endet um die 28. SSW. Die in der Ventrikularzone (VZ) und Subventrikularzone (SVZ) entstehenden Neuronen wandern radial zur Hirnoberfläche über die Fortsätze der Gliazellen in Richtung Pia mater. Auf diese Art formieren sich die Preplate (PP) zwischen der VZ und SVZ und der pialen Oberfläche. Danach teilen die Neuronen durch diese Migration die PP in 2 Teile: die Marginalzone (MZ; zukünftige kortikale Schicht I) und die Subplate (SP). Die neuronale Migration des Neokortex läuft nach dem Inside-out-Muster ab. Das bedeutet, dass die ältesten Neuronen die kortikale Schicht VI ausbilden und die jüngsten Neuronen die Schicht II. Die Neuronen müssen bei der Migration durch die fetale weiße Substanz (intermediäre Zone, IZ) migrieren.
Formierung der Hirnlappen und Sulci
Während des dritten Monats der Fetalperiode wachsen die Hemisphären im Verhältnis zur Insula und formieren Frontal‑, Parietal‑, Okzipital- und Temporallappen. Auf diese Weise entsteht die erste Fissur des Neokortex - die Fissura lateralis cerebri. Im 6. Schwangerschaftsmonat entstehen die ersten Fissuren und primäre Sulci. Am Ende des 6. Monats erscheinen parallel zum Sulcus centralis noch der Gyrus postcentralis und der Gyrus praecentralis. Die Entwicklung der primären Sulci setzt sich während des 7. Monats fort. Im Frontallappen entstehen der Sulcus frontalis superior und inferior. Genau in dieser Zeit entwickelt sich das Operculum frontale und bedeckt den frontalen Anteil der Insula. Während des 8. Monats entwickelt sich der äußere Anteil der Hemisphären, was zur definitiven Überdeckung der Fossa lateralis cerebri führt und somit die Insula fast komplett abdeckt. Während dieser Periode entstehen die sekundären Gyri und Sulci, die sich konzentrisch um die primären Sulci formieren. Das Relief der Großhirnhemisphären ist zu diesem Zeitpunkt noch flach. In den letzten 2 Schwangerschaftsmonaten kommt es zu einer kompletten Abdeckung der Insula. Darüber hinaus werden die tertiären Sulci gemeinsam mit Assoziationsfasern geformt.
Migrations- und Gyrierungsstörungen
Störungen in der neuronalen Migration und Gyrierung können zu einer Vielzahl von Hirnfehlbildungen führen. Zu dieser Gruppe gehören nach der Klassifikation nach Barkovich aus dem Jahr 2016 die Heterotopien, „Cobblestone“/Pflasterstein-Malformationen und die Gruppe der Lissenzephalien. Störungen in der Formation oder Funktion der Mikrotubuli liegen vielen Hirnmalformationen zu Grunde. Patienten mit Tubulin-Mutationen haben typischerweise eine Mikrozephalie, zerebrale kortikale Dysgenese, Anlagestörungen des Balkens (kein Balken vorhanden oder Formveränderungen des Balkens) und Störungen der anderen Bahnen der weißen Substanz oder der Hirnnerven, abnorme Stammganglien, kortikale Dysgyrie oder einen verkleinerten Kleinhirnwurm sowie eine Asymmetrie des Hirnstamms. Die vermehrte Migration basiert auf Defekten, die durch fehlerhafte Verbindung radialer Glia mit der Glia limitans resultieren.
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Lissenzephalie
Bei der Lissenzephalie handelt es sich um eine Störung der Migration, bei der zu wenige Neuronen Richtung Kortex migrieren. Der Kortex ist bei diesem Krankheitsbild glatt, verdickt und ohne Sulci (komplette Lissenzephalie) bzw. vermindert mit flachen Sulci und breiten Gyri (Pachygyrie oder inkomplette Lissenzephalie). Histologisch enthält der Neokortex 6 Schichten. Diese Anzahl ist bei den Lissenzephalien vermindert - es bestehen meist zwischen 2 und 4 Schichten, wobei die häufigste Variante hierbei die Lissenzephalie mit 4 kortikalen Schichten ist. Moderne Klassifikationen basieren nicht mehr auf der Histologie, sondern auf der Genetik der Erkrankungen. Die Mutationen der Tubulin- und MAP-Gene sind für die klassische Lissenzephalie verantwortlich (d. h. Lissenzephalien mit 2 und 4 Schichten). Die Lissenzephalie-Varianten zeigen Mutationen in den anderen Genen, wie z. B.
Heterotopie
Heterotopie bedeutet die Ansammlung von Neuronen an abnormer Lokalisation. Diese kann irgendwo zwischen dem Entstehungsort (VZ/SVZ) und der Pia liegen, abhängig davon, wann die Störung in der Migration aufgetreten ist. In manchen Fällen konnten die betroffenen Neuronen die Migration nicht beginnen. In anderen Fällen wurden die Neuronen während der Migration behindert (für immer). Es kann auch sein, dass das Neuron erst kurz vor seiner Ankunft an seinem Bestimmungsort stehen geblieben ist. Dies ist abhängig davon, wo die Neuronen stehengeblieben sind und zu welchem Entwicklungszeitpunkt dieses Ereignis passierte. Die subkortikale Bandheterotopie („double cortex“) entsteht durch eine Störung der Migration, bei der nur ein Teil der Neuronen durch die verursachende Mutation betroffen ist. Die daraus resultierende inkomplette Migration der Neuronen, welche den Kortex nicht erreichen, ist im MRT meist als glattes Band in der subkortikalen weißen Substanz zu sehen. Einige subkortikale Bandheterotopien weisen keine DCX-Mutation auf.
Cobblestone-Malformation
Die ehemalige Lissenzephalie Typ 2 wurde nun als Cobblestone/Lissenzephalie-Malformation, nach der Klassifikation von Barkovich aus dem Jahr 2016, eingegliedert. Bei dieser Migrationsstörung ist die Formierung der Glia limitans gestört (meistens aufgrund gestörter Verbindung mit radialen Gliazellen). Auch hier liegen diverse Genmutationen zugrunde. Der Phänotyp dieser Krankheit ist von der Größe der Lücken in der Glia limitans abhängig und auch von der Menge der Neuronen, die durch diese Lücken migrieren. Darüber hinaus sehen die Gehirne mit minimalen Lücken in der Glia limitans und mit minimalem Anteil an Neuronen die durch diese Lücken migrieren fast normal aus. Anderseits zeigt sich bei mittleren Lücken und mehreren Neuronen die durch diese Lücken in der Glia limitans migrieren ein Bild der Polymikrogyrie in der MRT. Und die großen Lücken in der Glia limitans und folglich ungleich mehr Neuronen die durch diese Lücken migrieren formen ein Bild eines glatten Kortex und das MR-tomographische Bild einer Lissenzephalie.
Polymikrogyrie
Bei der Polymikrogyrie (PMG) handelt es sich um eine Entwicklungsstörung der kortikalen Organisation, bei der es zur Ausbildung mehrerer kleiner Konvolute durch abnorme Laminierung kommt. Die PMG kann überall in Cerebrum vorkommen, ist aber meistens im perisylvischen Kortex (Punktum maximum posterior) zu sehen und häufig bilateral.
Schizenzephalie
Die Schizenzephalie ist deutlich seltener als eine PMG und mit dem Alkoholkonsum junger Mütter assoziiert. Sie ist charakterisiert durch eine Spaltbildung der Pia bis zum Ventrikel, deren Rand mit PMG ähnlicher grauer Substanz gesäumt ist (bei fast der Hälfte der Patienten). Die Schizenzephalie ist in der Hälfte der Fälle bilateral. Viele Patienten erleiden epileptische Anfälle innerhalb der ersten 5 Lebensjahre.
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Diagnostik
Um entwicklungsbedingte kindliche Pathologien des zentralen Nervensystems frühzeitig zu diagnostizieren, ist eine detaillierte Anamnese und neurologische Untersuchung erforderlich. Bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomographie (MRT) spielen eine entscheidende Rolle bei der Diagnose von Gyrierungsstörungen.
Pränatale Diagnostik
Mithilfe der Pränataldiagnostik ist es möglich, einige Gyrierungsstörungen schon vor der Geburt zu diagnostizieren. Oft gelingt es, die Gehirnfehlbildung bei der Fruchtwasseruntersuchung (Amniozentese) festzustellen. Bei solchen bildgebenden Verfahren ist jedoch zu beachten, dass ein glattes Gehirn bei einem gesunden Ungeborenen im frühen Stadium der Schwangerschaft der Normalzustand ist: Die Ausbildung der Hirnfalten (Gyrierung) beginnt nicht vor der 22. Schwangerschaftswoche und ist erst bei der Geburt abgeschlossen. Daher kann die bildgebende Diagnostik frühestens ab der 26. Schwangerschaftswoche sinnvoll sein. Allerdings ist die vorgeburtliche Ultraschalluntersuchung bei der Lissenzephalie nicht sehr zuverlässig. Um das Gehirn genauer zu beurteilen, ist die vorgeburtliche Magnetresonanztomographie (MRT) als Diagnostik besser geeignet.
Weitere Erkrankungen und Gehirnbereiche
Großhirn (Cerebrum, Endhirn oder Telencephalon)
Das Großhirn bildet den größten Teil des Gehirns. Seine Aufteilung in zwei Hemisphären spiegelt sich auf funktionaler Ebene wider - jede Seite hat spezielle Aufgaben. Auch in der Einteilung des Großhirns in verschiedene Gehirnlappen lassen sich unterschiedliche Funktionen ablesen. 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.
Gyrus parahippocampalis
Der Gyrus parahippocampalis ist mit zahlreichen Arealen des Cortex verschaltet. Er bildet das Tor für alle Signale, die zum Hippocampus gelangen sollen. Umso schlimmer, wenn dieser Bereich geschädigt wird. Schäden an dieser Stelle führen zu gravierenden Gedächtnisstörungen. Im Gyrus parahippocampalis gibt es aber auch ganz spezifische Funktionen, wie sich bei Untersuchungen mit bildgebenden Verfahren zeigt. So herrscht in seinem vorderen Bereich Aktivität, wenn es um Orte und Häuser, um räumliche Anordnung und Hintergrund geht. An seiner inneren Unterfläche trägt der Temporallappen eine Windung, die nach ihrer unmittelbaren Nachbarschaft benannt ist: Sie liegt gleich neben („para-“) dem Hippocampus und wird deshalb als Gyrus parahippocampalis bezeichnet. Doch dieser Gyrus liegt nicht nur daneben, er geht nahtlos in den Hippocampus, genauer: in dessen Subiculum über. Die Rindenschicht, die den Gyrus parahippocampalis überzieht, nennt man den „entorhinalen Cortex“, und beide Begriffe werden oft auch synonym verwendet. Der entorhinale Cortex ist mit sämtlichen Assoziationszentren des Isocortex und dazu mit den olfaktorischen Gebieten des Temporallappens und der Amygdala reziprok verbunden. Er schickt seinerseits ein massives Faserbündel - den durchbohrenden Trakt, den Tractus perforans - in die benachbarte Hippocampusformation. Man könnte also sagen, dass der entorhinale Cortex für den Hippocampus das ist, was der Thalamus für den Isocortex ist: das „Tor“, das „Nadelöhr“, durch das alles hindurchmuss, was zum Hippocampus gelangen soll. Wird dieses Nadelöhr zu eng, das Tor verschlossen, dann wird der Hippocampus sozusagen vom Neocortex abgeklemmt - mit gravierenden Folgen. Beim allbekannten Morbus Alzheimer - der im entorhinalen Cortex beginnt, sich dann aber über fast das gesamte Gehirn ausbreitet - passiert anfänglich nämlich genau das: Die Neurone des entorhinalen Cortex, die den Tractus perforans bilden, gehen als erste unter.
Sulcus paracingularis
Eine Entwicklungsstörung des Sulcus paracingularis, eine der letzten Hirnwindungen, die sich vor der Geburt herausbilden, könnte an der Entstehung von Halluzinationen beteiligt sein, unter der viele, aber nicht alle Patienten mit Schizophrenie leiden. Der Sulcus paracingularis ist eine Furche im Bereich des präfrontalen Cortex, dem Entscheidungszentrum des Gehirns. Sie ist auf kernspintomographischen Aufnahmen gut zu erkennen und seine Ausdehnung kann von Mensch zu Mensch sehr stark schwanken. Bei einigen Menschen fehlt er auch ganz. Diesen Personen fehlt häufig der Realitätssinn („reality monitoring“). Sie können Dinge, die sie erlebt haben und solche, die sie sich nur ausgedacht haben, in der Erinnerung nicht oder nur schwer unterscheiden. Auch Menschen mit Schizophrenie wissen nicht, ob die optischen oder akustischen Phänomene, die sie wahrnehmen, echt sind oder nur Produkte ihres Denkens. Patienten mit Schizophrenie hatten häufig einen verkürzten Sulcus paracingularis. Besonders ausgeprägt war der Unterschied jedoch zwischen den Patienten mit und ohne Halluzination. Die Verkürzung um 1 Zentimeter erhöhte laut Berechnungen die Wahrscheinlichkeit auf Halluzination um 19,9 Prozent, wobei es Unterschiede zwischen der linken und der rechten Hemisphäre gab. Links ist der Sulcus paracingularis bei den meisten Menschen länger als rechts. Die Verkürzung war bei Schizophrenie-Patienten besonders ausgeprägt.
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Behandlung
Die Behandlung von Gyrierungsstörungen konzentriert sich auf die Linderung der Symptome und die Verbesserung der Lebensqualität der Betroffenen.
Symptomatische Therapie
Viele Kinder mit Gyrierungsstörungen leiden unter epileptischen Anfällen. Diese können mit Medikamenten kontrolliert werden. Auch andere Symptome wie Spastik oder Entwicklungsverzögerungen können gezielt behandelt werden.
Unterstützende Maßnahmen
Physiotherapie, Ergotherapie und Logopädie können helfen, die motorischen und kognitiven Fähigkeiten der Kinder zu verbessern. Eine intensive und liebevolle Betreuung durch Eltern und Therapeuten ist entscheidend für die Entwicklung der Kinder.
Spezifische Therapien
In einigen Fällen können spezifische Therapien eingesetzt werden, um die Ursachen der Gyrierungsstörung zu behandeln. Beispielsweise können bei Stoffwechselerkrankungen spezielle Diäten oder Medikamente helfen.
Vorbeugung
Einer Lissenzephalie können Sie nur begrenzt vorbeugen: Die einzige wirksame Maßnahme besteht darin, sich bei einer Risikoschwangerschaft (z.B. bei bekannter familiärer Vorbelastung) genetisch beraten zu lassen.