Das menschliche Gehirn ist ein bemerkenswertes Organ, das die Grundlage für unser Denken, Fühlen und Handeln bildet. Es besteht aus Milliarden von Nervenzellen, die in komplexen Netzwerken miteinander verbunden sind. Ein wesentlicher Aspekt des Gehirns ist seine Fähigkeit, visuelle Informationen zu verarbeiten, die von unseren Augen aufgenommen werden. Dieser Artikel untersucht die Anatomie des Gehirns im Zusammenhang mit dem Sehen, wobei der Schwerpunkt auf den Hirnnerven und den Sehbahnen liegt.
Die Hirnnerven: Das Tor zum Gehirn
Die Hirnnerven sind zwölf Nervenpaare, die direkt aus dem Gehirn entspringen und verschiedene Funktionen im Kopf- und Halsbereich steuern. Sie sind sowohl für sensorische als auch für motorische Funktionen verantwortlich und spielen eine entscheidende Rolle bei der Verarbeitung von Informationen aus unserer Umwelt. Zwei dieser Hirnnerven, der Nervus opticus (Sehnerv) und die Augenmuskelnerven (N. oculomotorius, N. trochlearis und N. abducens), sind direkt am Sehen beteiligt.
Die Hirnnerven lassen sich anhand ihrer Qualität in sensorische, motorische und gemischte Nerven einteilen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die zwölf Hirnnerven und ihre jeweiligen Funktionen:
| Hirnnerv | Bezeichnung | Qualität | Funktion |
|---|---|---|---|
| 1. | Nervus olfactorius (Riechnerv) | sensorisch | Geruchssinn |
| 2. | Nervus opticus (Sehnerv) | sensorisch | Sehsinn |
| 3. | Nervus oculomotorius (Augenmuskelnerv) | parasympathisch-motorisch | Augenbewegung, Pupillenverengung, Akkommodation |
| 4. | Nervus trochlearis (Augenmuskelnerv) | motorisch | Augenbewegung |
| 5. | Nervus trigeminus (Drillingsnerv, Trigeminus) | sensibel-motorisch | Gesichtsempfindung, Kauen |
| 6. | Nervus abducens (Augenmuskelnerv) | motorisch | Augenbewegung |
| 7. | Nervus facialis (Gesichtsnerv, Fazialis) | sensorisch-parasympathisch-motorisch | Geschmack, Speichel- und Tränenproduktion, Gesichtsmimik |
| 8. | Nervus vestibulocochlearis (Hör- und Gleichgewichtsnerv) | sensorisch | Hören, Gleichgewicht |
| 9. | Nervus glossopharyngeus (Zungen-Rachen-Nerv) | sensorisch-parasympathisch-motorisch | Geschmack, Speichelproduktion, Schlucken |
| 10. | Nervus vagus („umherschweifender“ Nerv, Vagus) | sensorisch-parasympathisch-motorisch | Steuerung innerer Organe |
| 11. | Nervus accessorius (Hals- oder Beinerv) | motorisch | Steuerung von Hals- und Schultermuskeln |
| 12. | Nervus hypoglossus (Zungennerv) | motorisch | Zungenbewegung |
Der Nervus olfactorius (1. Hirnnerv)
Der Nervus olfactorius, auch Riechnerv genannt, ist ein sensorischer Nerv, der für den Geruchssinn verantwortlich ist. In der Embryonalzeit ist er ein einheitlicher Nerv, der sich im Laufe der Entwicklung in mehrere Bündel, die Riechfäden (Nervi olfactorii), aufspaltet.
Der Nervus opticus (2. Hirnnerv)
Der Nervus opticus, auch Sehnerv genannt, ist ein sensorischer Nerv, der für den Sehsinn verantwortlich ist. Er wird durch Ganglienzellen gebildet, die aus der äußersten Schicht der Netzhaut des Auges kommen und deren lange Fortsätze (Axone) den Nervus opticus bilden. Von seiner Entwicklung und seinem Aufbau her ist der Sehnerv kein eigentlicher Nerv, sondern ein Teil der weißen Hirnsubstanz - er wird von den Hirnhäuten Arachnoidea und Pia mater umhüllt.
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Die Augenmuskelnerven (3., 4. und 6. Hirnnerv)
Die Hirnnerven 3, 4 und 6 werden als Augenmuskelnerven bezeichnet. Sie steuern die Bewegung der Augenmuskeln und ermöglichen uns so, unsere Augen in verschiedene Richtungen zu bewegen.
- Nervus oculomotorius (3. Hirnnerv): Dieser Nerv versorgt mit seinem oberen Ast den Muskel, der das Oberlid hebt, und den Muskel, der den Augapfel nach oben wendet und ihn dabei leicht nach innen zieht. Mit seinem unteren Ast versorgt der Nervus oculomotorius den Muskel, der an der inneren Seite des Auges ansetzt und für die Einwärtsbewegung des Augapfels notwendig ist. Weitere Augenmuskeln, die vom Nervus oculomotorius versorgt werden, sind zuständig für das Senken des Augapfels und den Zug nach innen und für die Drehung des Augapfels nach außen und oben, womit der Blick nach oben gerichtet werden kann. Die parasympathischen Fasern des Nervus oculomotorius verlaufen durch die Radix oculomotoria zum Ganglion ciliare, wo sie umgeschaltet werden und dann weiter zum Corpus ciliare, wo sie den Muskel versorgen, der für die Akkommodation (Anpassung des Auges an Nah- oder Fernsicht) verantwortlich ist und den, der die Pupille verengt.
- Nervus trochlearis (4. Hirnnerv): Dieser Nerv versorgt den Augenmuskel, mit dem die Drehung des Augapfels nach unten innen möglich wird und der Blick nach unten gesenkt werden kann.
- Nervus abducens (6. Hirnnerv): Dieser Nerv versorgt den äußeren geraden Augenmuskel, der den Augapfel von der Mittellinie wegführt.
Der Nervus trigeminus (5. Hirnnerv)
Das 5. Hirnnerven-Paar, Nervus trigeminus, enthält sensible und motorische Fasern. Er teilt sich in drei Äste, die sich ihrerseits weiter verzweigen. Die drei Äste sind:
- Nervus ophthalmicus (Augenhöhlennerv)
- Nervus maxillaris (Oberkiefernerv)
- Nervus mandibullaris (Unterkiefernerv)
Der Nervus facialis (7. Hirnnerv)
Der 7. Hirnnerv, Nervus facialis, ist ebenso wie der Nervus trigeminus ein gemischter Nerv mit motorischen und sensiblen Anteilen, nur mit dem Unterschied, dass hier die motorischen Fasern überwiegen. Er teilt sich in mehrere Äste auf.
Der Nervus vestibulocochlearis (8. Hirnnerv)
Der Nervus vestibulocochlearis, der Hör- und Gleichgewichtsnerv, wird auch Nervus statoacusticus genannt wird. Er besteht er aus zwei Anteilen: Pars vestibularis (Gleichgewichtsnerv) und Pars cochlearis (Hörnerv).
Der Nervus glossopharyngeus (9. Hirnnerv)
Der Nervus glossopharyngeus, der Zungenschlundnerv, ist ein Nerv mit motorischen, sensiblen, parasympathischen und sensorischen Anteilen. Nach seinem Weg aus dem Gehirn bildet er zwei Ganglien (knotenförmige Ansammlungen von Nervenzellkörpern in einem Nervenstrang), von denen mehrere Äste abgehen.
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Der Nervus vagus (10. Hirnnerv)
Der Nervus vagus, der „herumschweifende“ Nerv, dessen Versorgungsgebiet vom Kopf bis in den Bauch reicht, hat motorische, sensible, sensorische und - in größtem Umfang - parasympathische Anteile. Seine Bedeutung für den Organismus stellt ihn aufgrund der zahlreichen Organe, die er versorgt, an die erste Stelle.
Am Nervus vagus unterscheidet man - entsprechend seinem Verlauf im Körper - einen Kopf-, Hals- Brust- und Bauchteil. Von diesen Abschnitten gehen jeweils verschiedene Äste ab, zum Beispiel der Kehlkopfnerv und die Herzäste vom Halsteil sowie mehrere Nerven für Magen, Leber, Milz, Nieren und Darm vom Bauchteil.
Der Nervus accessorius (11. Hirnnerv)
Der Nervus accessorius oder Beinerv ist ein Teil des Nervus vagus, der sich im Laufe der Entwicklungsgeschichte von diesem abgetrennt hat.
Der Nervus hypoglossus (12. Hirnnerv)
Der Nervus hypoglossus entspringt von allen 12 Hirnnerven am weitesten unten am Gehirn.
Die Sehbahn: Vom Auge zum visuellen Kortex
Die Sehbahn ist der Weg, den visuelle Informationen vom Auge zum visuellen Kortex im Gehirn nehmen. Dieser Weg umfasst mehrere wichtige Strukturen, die zusammenarbeiten, um uns das Sehen zu ermöglichen.
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- Die Netzhaut: Die Netzhaut ist die lichtempfindliche Schicht an der Rückseite des Auges. Sie enthält Photorezeptoren, die Licht in elektrische Signale umwandeln. Die Netzhaut ist der Ausgangspunkt der visuellen Wahrnehmung. Auf der Netzhaut entstehen kleine umgekehrte Bilder, die sich voneinander unterscheiden. Die weitere Verarbeitung dieser Bildunterschiede in unserem Gehirn vermittelt uns einen räumlichen Eindruck, wobei wir trotz der Unterschiede nicht doppelt sehen. Damit dieses Sehen bei allen Bewegungen stabil bleibt, müssen die zwölf Augenmuskeln unsere Augen exakt ausrichten und dabei an beiden Augen koordiniert zusammenarbeiten. Auch dies ist eine Leistung unseres Gehirns, das den Augenmuskeln über drei Hirnnerven entsprechende Bewegungsbefehle erteilt. Alles verläuft normalerweise so schnell und fehlerfrei, dass uns die Vielfalt der Steuerungsvorgänge nicht bewusst wird.
- Der Nervus opticus: Der Nervus opticus leitet die elektrischen Signale von der Netzhaut zum Gehirn weiter. Er besteht aus etwa einer Million Nervenfasern und ist etwa vier bis fünf Zentimeter lang. Er beginnt an der Papille im Auge (Discus nervi optici). Das ist eine weißliche, scheibenförmige Stelle am Augenhintergrund, wo sich die Nervenendigungen der Retina (Netzhaut) zum Sehnerv bündeln. Dort, am hinteren Augenpol, besteht eine etwa dreieinhalb Millimeter große Öffnung für den Durchtritt des Nervus opticus durch die Sklera (weiße Lederhaut des Auges). Die Nervenfasern, die aus dem Randbereich der Netzhaut kommen, liegen auch im Sehnerv im Randbereich. Die Fasern aus dem zentralen Netzhautbereich und der Makula (dem Bereich des schärfsten Sehens) verlaufen im Inneren des Sehnervs. Alle Nervenfasern im Sehnerv sind von schützenden Markscheiden (Myelinscheiden) umschlossen.
- Das Chiasma opticum: Das Chiasma opticum ist die Stelle, an der sich die Sehnerven der beiden Augen kreuzen. Hier wechseln die Nervenfasern von der linken Seite des Gehirns zur rechten Seite und umgekehrt. Die Nervenfasern in den beiden Sehnerven werden aber nur teilweise gekreuzt: Die Fasern, die aus den mittleren (nasalen) Netzhauthälften kommen, werden gekreuzt; die Fasern, die aus den äußeren (temporalen) Netzhautbereichen kommen, werden nicht gekreuzt. Das bedeutet, dass nach der Kreuzung die Fasern aus den linken Netzhauthälften beider Augen in die linke Hirnhälfte ziehen, die Fasern aus den rechten Netzhauthälften in die rechte Hirnhälfte.
- Der Tractus opticus: Nach dem Chiasma opticum werden die Nervenfasern als Tractus opticus bezeichnet. Der Tractus opticus führt die visuellen Informationen zum Thalamus.
- Der Thalamus: Der Thalamus ist eine Struktur im Zwischenhirn, die als Relaisstation für sensorische Informationen dient. Die visuellen Informationen aus dem Tractus opticus werden im Thalamus verarbeitet und dann zum visuellen Kortex weitergeleitet. Das Corpus geniculatum laterale (Struktur des dorsalen Thalamus) bildet die einzige Umschaltstation zwischen Retina und primär visuellem Cortex (primäre Sehrinde) im Gehirn und fungiert als Zielort von Axonen, die ausgehend von der Netzhaut ins Gehirn (primär visueller Cortex) ziehen. Im Corpus geniculatum laterale enden knapp 90 Prozent sämtlicher Axone der Sehnerven.
- Der visuelle Kortex: Der visuelle Kortex ist der Teil der Großhirnrinde, der für die Verarbeitung visueller Informationen zuständig ist. Er befindet sich im Hinterhauptslappen des Gehirns. Im visuellen Kortex werden die visuellen Informationen aus dem Thalamus interpretiert und zu einem bewussten Bild zusammengefügt.
Die Bedeutung der zwei Augen
Der Mensch hat zwei Augen, was uns eine Reihe von Vorteilen gegenüber Lebewesen mit nur einem Auge verschafft.
- Räumliches Sehen: Durch die Verarbeitung der leicht unterschiedlichen Bilder, die von unseren beiden Augen aufgenommen werden, können wir die Tiefe und Entfernung von Objekten wahrnehmen. Dies ermöglicht uns, uns in unserer Umwelt zurechtzufinden und präzise Bewegungen auszuführen.
- Größeres Gesichtsfeld: Mit zwei Augen haben wir ein größeres Gesichtsfeld als mit nur einem Auge. Dies ermöglicht uns, mehr von unserer Umgebung wahrzunehmen und potenzielle Gefahren frühzeitig zu erkennen.
- Ausfallsicherheit: Wenn ein Auge ausfällt, können wir immer noch mit dem anderen Auge sehen. Dies ist besonders wichtig in Situationen, in denen gutes Sehen lebensnotwendig ist.
Probleme mit den Hirnnerven und der Sehbahn
Verletzungen oder Erkrankungen der Hirnnerven und der Sehbahn können zu einer Vielzahl von Problemen führen, die das Sehen beeinträchtigen. Einige Beispiele sind:
- Schädigungen des Nervus olfactorius: Führen zu Ausfällen beim Geschmacksempfinden.
- Entzündungen des Nervus opticus: Verschlechtern die Sehkraft. Eine Optikusatrophie ist eine Degeneration der Fasern des Sehnervs durch Druck, den zum Beispiel ein Tumor verursachen kann.
- Lähmungsschielen: Wird immer durch ernst zu nehmende Erkrankungen der Augenmuskeln, der Augenhöhle oder des Nervensystems verursacht, die einer raschen Intervention bedürfen.
- Grüner Star (Glaukom): Umfasst verschiedene Augenkrankheiten, die alle den Sehnerv schädigen und unbehandelt zur Erblindung des Patienten führen.
- Sehnerventzündung (Optikusneuritis): Führt zu Sehstörungen und kann ebenfalls in Erblindung enden.
- Optikusatrophie: Gehen Sehnervenfasern verloren - entweder in nur einem Sehnerv oder in beiden Sehnerven. Das kann zum Beispiel infolge einer Verletzung oder einer Sehnerventzündung passieren oder die Folge von Medikamenten, Nikotin oder minderwertigem Alkohol sein. Auch erhöhter Druck (z.B. bei einer Tumorerkrankung oder einem "Wasserkopf" = Hydrocephalus) kann den Sehnerv so schädigen, dass Nervenfasern absterben.
- Gesichtsfeldausfälle (Skotome): Bei einer Schädigung im Bereich eines Tractus opticus kommt es zu einem Gesichtsfeldausfall (Skotom) in der betreffenden Netzhauthälfte in beiden Augen (homonyme Hemianopsie). Bei einer Schädigung des Chiasma opticum resultiert eine heteronyme Hemianopsie: Der Gesichtsfeldausfall betrifft in beiden Augen entweder die seitliche Hälfte (in Richtung Schläfe) oder die mediale Hälfte (in Richtung Nase).
Die Plastizität des Gehirns
Das Gehirn ist ein dynamisches Organ, das sich ständig an neue Erfahrungen anpasst. Diese Fähigkeit zur Anpassung wird als Plastizität bezeichnet. Die Plastizität des Gehirns spielt eine wichtige Rolle bei der Erholung von Verletzungen und Erkrankungen der Hirnnerven und der Sehbahn.
So können beispielsweise benachbarte Hirnregionen die Aufgaben des betroffenen Gebiets zum Teil übernehmen, wenn bei einem Schlaganfall Nervenzellen absterben. Wissenschaftler erforschen an verschiedenen Max-Planck-Instituten, wie das Gehirn und seine Nervenzellen plastisch bleiben.
Forschung am Gehirn
Die Erforschung des Gehirns ist ein wichtiger Bereich der neurowissenschaftlichen Forschung. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daran, die komplexen Mechanismen des Gehirns besser zu verstehen und neue Behandlungsmöglichkeiten für neurologische Erkrankungen zu entwickeln.
Ein wichtiges Forschungsfeld ist die Verschaltung innerhalb des Gehirns. Wissenschaftler untersuchen mithilfe der Magnetresonanztomografie (MRT), welche Gehirngebiete miteinander verbunden sind. Mit dieser Technik können sie die zu Fasersträngen gebündelten Fortsätze von Nervenzellen sichtbar machen, die die Areale der Großhirnrinde miteinander verbinden.
Die Wissenschaftler entwickeln auch neue Methoden, mit denen sie das Konnektom entschlüsseln können. Als Modellfälle dienen ihnen dafür Mäuse: Sie haben zum Beispiel die Verschaltung von Bereichen der Netzhaut des Auges sowie der Großhirnrinde aufgeklärt. Anhand solcher Schaltpläne wollen Wissenschaftler lernen, wie das Gehirn funktioniert.