Der präfrontale Kortex (PFC), ein Bereich von großem Interesse für Philosophen und Neurowissenschaftler, befindet sich im Frontallappen und ist der größte Hirnbereich des Menschen. Aufgrund seiner weitreichenden Verbindungen zu anderen Hirnregionen spielt er eine entscheidende Rolle bei höheren kognitiven Prozessen, der Persönlichkeit und der Verhaltenssteuerung.
Anatomie und Topographie des präfrontalen Kortex
Der präfrontale Kortex (PFC) ist der vorderste Teil des Frontallappens, der sich rostral des prämotorischen Kortex bis zum anterioren Pol des Gehirns erstreckt. Er umfasst die Brodmann-Areale 8, 9, 10, 44, 45, 46 und 47. Topografisch wird der PFC weiter in ventrolaterale, dorsolaterale, frontopolare und orbitofrontale Anteile, den frontomedialen präfrontalen Kortex, das frontale Augenfeld und das Broca-Areal unterteilt.
Als Teil des Neokortex, der jüngsten Hirnregion, die nur bei Säugetieren vorkommt, unterscheidet sich der PFC von anderen neokortikalen Regionen durch seine Zytoarchitektonik, Chemoarchitektur und ontogenetische Entwicklung, insbesondere durch die späte Myelinisierung. Es ist wichtig zu betonen, dass der PFC weder anatomisch noch funktionell homogen ist.
Konnektivität und Informationsverarbeitung
Der präfrontale Kortex ist über afferente (zuführende) und efferente (wegführende) Verbindungen weitreichend mit fast dem gesamten Kortex, dem Thalamus und vielen subkortikalen Strukturen verbunden. Diese Konnektivität ermöglicht es dem PFC, eine zentrale Rolle bei der Top-Down-Verarbeitung zu spielen, bei der höhere kognitive Prozesse durch interne Zustände wie spezifische Zielsetzungen angetrieben werden, im Gegensatz zur reizgesteuerten Verarbeitung.
Der mediale präfrontale Kortex ist besonders eng mit der Amygdala verbunden und spielt eine Rolle bei der Modifikation von Emotionen. Eine efferente Verbindung, die keine vergleichbare Afferenz hat, verläuft zum Nucleus accumbens, einem Teil des Belohnungssystems.
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Funktionen des präfrontalen Kortex
Der präfrontale Kortex moduliert viele zentrale psychische Funktionen. Es wird diskutiert, ob diese Funktionen direkt im PFC lokalisiert sind oder ob der PFC hauptsächlich eine übergeordnete Kontroll- und Verarbeitungsfunktion übernimmt. Zu den vom PFC modulierten Funktionen gehören:
- Selektive Aufmerksamkeit: Die Fähigkeit, relevante Informationen auszuwählen und irrelevante Informationen zu ignorieren.
- Arbeitsgedächtnis: Das kurzzeitige Speichern und Bearbeiten von Informationen, die für aktuelle Aufgaben benötigt werden.
- Planung: Das Entwerfen und Organisieren von Handlungsabläufen zur Erreichung von Zielen.
- Impulskontrolle: Die Fähigkeit, impulsive Reaktionen zu unterdrücken und das Verhalten an soziale Normen anzupassen.
- Emotionsregulation: Die Steuerung und Modulation von emotionalen Reaktionen.
- Aufmerksamkeitssteuerung (Supervisory Attentional System, SAS): Die Fähigkeit, die Aufmerksamkeit flexibel zwischen verschiedenen Aufgaben und Reizen zu verteilen.
- Selbstkorrekturprozesse: Die Fähigkeit, Fehler zu erkennen und zu korrigieren.
- Inhibitorische motorische Kontrolle: Die Fähigkeit, Bewegungen zu unterdrücken.
- Bewusste visuelle Wahrnehmung: Der PFC spielt eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von bewusster visueller Wahrnehmung.
Der präfrontale Kortex und das Bewusstsein
Eine internationale Forschungsteam hat gezeigt, dass der präfrontale Kortex maßgeblich am Entstehen von bewusster visueller Wahrnehmung beteiligt ist. Um ausschließlich die in Zusammenhang mit der bewussten Wahrnehmung stehende präfrontale Aktivität zu messen, entwickelten die Forscher ein Experiment, das weder erfordert, dass Probanden über ihre Wahrnehmungen berichten, noch, dass sich die visuellen Stimuli selbst ändern - das aber dennoch messbare Veränderungen in der bewussten Wahrnehmung hervorruft.
Die Forscher verwendeten horizontale Gitter, deren vertikale Bewegung entweder als Aufwärts- oder Abwärtsbewegung interpretiert werden konnte. Dabei wurde die Wahrnehmung des Affen anhand seiner Augenbewegung abgelesen. Zusätzlich nahmen die Wissenschaftler die neuronale Aktivität im präfrontalen Kortex auf. Die Forscher konnten mit bislang unerreichter Genauigkeit an vielen Neuronen gleichzeitig beobachten, dass bewusste Wahrnehmung im präfrontalen Kortex repräsentiert ist und dass sich dessen Aktivitätsmuster dann ändern, wenn sich auch die bewusste Wahrnehmung ändert. Dank der Genauigkeit ihrer Messungen konnten sie sogar die jeweils aktuellen Bewusstseinsinhalte aus der neuronalen Aktivität entschlüsseln.
Auswirkungen von Läsionen des präfrontalen Kortex
Personen mit Läsionen des präfrontalen Kortex zeigen sich in diversen kognitiven Aufgaben beeinträchtigt, wie z. B. dem Stroop-Test und dem Wisconsin Card Sorting Test (WCST). Generell führen Läsionen des präfrontalen Kortex zu gravierenden Persönlichkeitsveränderungen und kognitiver Verlangsamung.
Abhängig davon, welche Region des präfrontalen Cortex betroffen ist, treten unterschiedliche Symptome auf. Schäden am orbitofrontalen Cortex können zum Beispiel starke Persönlichkeitsveränderungen nach sich ziehen, wie pseudo-depressive Störungen mit Antriebslosigkeit bis hin zur Apathie oder pseudo-psychopathische Störungen.
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Der präfrontale Kortex und psychische Erkrankungen
Der präfrontale Cortex wird auch mit dem Krankheitsbild der Schizophrenie in Zusammenhang gebracht. Zu den Ursachen bestimmter Symptome der Schizophrenie wird ein Ungleichgewicht im Dopaminhaushalt des Gehirns gezählt. Der PFC verfügt über zahlreiche dopaminergene Neuronen und reagiert sensibel auf Dysbalancen. Schizophrene Patienten/-innen weisen meist eine frontale Hypofunktion auf: Angenommen wird, dass eine Überaktivität der dopaminergen Afferenzen aus der Formatio reticularis zum PFC zu Denk- und Wahrnehmungsstörungen führt.
Der präfrontale Kortex im Alltag
Der präfrontale Kortex spielt eine wichtige Rolle bei der Bewältigung von Stress und der Entfaltung unserer Potenziale. Ist das Gehirn gestresst, können wir unsere Potenziale kaum entfalten. Der PFC ermöglicht es uns, vorausschauend zu handeln, Empathie zu zeigen, kreativ zu sein und unsere Impulse zu kontrollieren.
Eine einfache Methode, um in stressigen Situationen wieder mehr Zugriff auf den präfrontalen Kortex zu erlangen, ist das Affect Labelling: das Benennen von Gefühlen. Studien haben gezeigt, dass allein das Beschreiben von Gefühlen die Erregung im Gehirn um bis zu 70 Prozent reduzieren kann.
Exekutive Funktionen und ihre Bedeutung
Für all diese Mechanismen, die vom präfrontalen Cortex gesteuert werden und die es uns erlauben, Gedanken und Gefühle zu koordinieren und zu kontrollieren, hat sich in der Hirnforschung und Neuropsychologie ein neuer Sammelbegriff etabliert: exekutive Funktionen. Zu den exekutiven Funktionen gehören:
- Ein gutes Arbeitsgedächtnis
- Impulskontrolle
- Geistige Flexibilität
Wissenschaftler gehen davon aus, dass den exekutiven Funktionen eine Schlüsselrolle sowohl hinsichtlich des Lern- und Schulerfolges als auch in Bezug auf die sozial-emotionale Entwicklung zukommt.
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