Das Gehirn ist das komplexeste Organ des menschlichen Körpers und die Grundlage unseres Denkens, Fühlens und Handelns. Es besteht aus verschiedenen Teilen, die in ihrer Funktion eng miteinander verbunden sind. Zu den wichtigsten gehören das Großhirn (Cerebrum), das Kleinhirn (Cerebellum) und der Hirnstamm (Truncus cerebri). Dieser Artikel beleuchtet die Unterschiede und Zusammenhänge dieser Hirnregionen.
Anatomische Grundlagen
Das Gehirn befindet sich innerhalb des Schädels, geschützt durch die Schädelknochen und Hirnhäute (Dura mater, Arachnoidea und Pia mater). Es besteht aus einer rechten und einer linken Hemisphäre, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Die graue Substanz (Großhirnrinde) besteht vorwiegend aus Zellkörpern der Nervenzellen und bedeckt die Hemisphären. Die weiße Substanz liegt unter der grauen Substanz und besteht hauptsächlich aus Nervenfasern (Axonen) und Gliazellen, die die Nervenfasern umhüllen. Die Großhirnrinde ist durch vielfältige Faltungen stark vergrößert und erreicht eine Oberfläche von nahezu 2,5 m².
Hirnstamm
Der Hirnstamm umfasst Mesencephalon, Pons und Medulla oblongata. Diese Strukturen liegen in der Fossa cranii posterior (hintere Schädelgrube) und werden durch das Tentorium cerebelli vom Okzipitallappen des Großhirns getrennt. Der Bau des Hirnstamms folgt einer einheitlichen Gliederung: Die entwicklungsgeschichtlich alten Anteile werden als Tegmentum (Gebiet der Hirnnervenkerne und der Formatio reticularis) zusammengefasst. Diesem mittleren Anteil lagern sich basal die vom Großhirn absteigenden Bahnen an. Auf Höhe des Mesencephalons entwickelt sich dorsal das Tectum (Vierhügelplatte) als visuelles und akustisches Schaltzentrum. Kaudal davon geht aus den Rautenlippen das Kleinhirn hervor, das nicht zum Hirnstamm gerechnet wird. Es ist über die Kleinhirnstiele (Pedunculus cerebellaris superior, medius et inferior) mit allen Abschnitten des Hirnstamms verbunden.
Kleinhirn
Für den Pons und die Medulla oblongata stellt das Cerebellum (Kleinhirn) den dorsalen Anteil dar. Dieser Hirnabschnitt stimmt über kortikopontozerebelläre Bahnen Informationen vom Großhirn über geplante Bewegungsabläufe mit der aktuellen Lage des Körpers ab. Es werden vier paarige Kleinhirnkernkomplexe im Marklager (Ncl. fastigii, globosus, emboliformis, dentatus) unterschieden, die den Längszonen der Kleinhirnrinde zugeordnet sind. Die Afferenzen aus dem EPMS (Ncl. olivaris inferior), dem Großhirn (Ncll. pontis), dem Rückenmark (Ncl. thoracicus), der Medulla oblongata (Ncl. cuneatus accessorius) und dem Gleichgewichtssystem (Ncll. vestibulares) projizieren in die dreischichtige Kleinhirnrinde. Die Kleinhirnkerne erhalten exzitatorische Kollateralen dieser Fasersysteme. Die inhibitorischen Purkinje-Zellen sind die einzigen Neurone der Kleinhirnrinde mit Termination an den Kleinhirnkernen. Die davon ausgehenden Efferenzen des Kleinhirns projizieren über den Thalamus zum Kortex und über Hirnstammkerne zum Rückenmark (Ncll. ruber, olivaris inferior, vestibulares).
Funktionen der Hirnregionen
Großhirn
Das Großhirn (Cerebrum) ist der größte und schwerste Teil des Gehirns. Es kontrolliert Bewegungen und verarbeitet Sinneseindrücke von außen. Hier entstehen bewusste und unbewusste Handlungen und Gefühle. Es ist außerdem für Sprache und Hören, Intelligenz und Gedächtnis verantwortlich. Die beiden Gehirnhälften haben zum Teil unterschiedliche Funktionen: Während die linke Hälfte bei den meisten Menschen auf Sprache und abstraktes Denken spezialisiert ist, kommt die rechte in der Regel dann zum Einsatz, wenn es um räumliches Denken oder bildhafte Zusammenhänge geht. Die rechte Gehirnhälfte steuert die linke Körperseite, die linke Hälfte ist für die rechte Seite zuständig. Im Großhirn ist die Hirnrinde der linken Gehirnhälfte für die Sprache verantwortlich. Die Hirnrinde der rechten Gehirnhälfte vermittelt dem Gehirn die räumliche Stellung des Körpers - beispielsweise, wo sich der Fuß gerade befindet. Der Thalamus teilt dem Großhirn unter anderem Sinneseindrücke der Haut, der Augen und der Ohren mit. Der Hypothalamus reguliert zum Beispiel Hunger, Durst und Schlaf und kontrolliert zusammen mit der Hirnanhangdrüse (Hypophyse) den Hormonhaushalt.
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Kleinhirn
Das Kleinhirn steuert sowohl bewusste als auch unbewusste Bewegungen und unterstützt den Gleichgewichtssinn. Es wird vom Großhirn überdeckt, und seine Hemisphären arbeiten eng zusammen. Das Kleinhirn filtert, komprimiert und verarbeitet die vielen eingehenden Informationen. Die Hauptaufgabe des Kleinhirns besteht darin, Bewegungsabläufe zu steuern und zu koordinieren. So haben wir es beispielsweise dem Kleinhirn zu verdanken, wenn unser Gleichgewicht hergestellt und die Körperhaltung aufrechterhalten wird. Jede Bewegung unseres Körpers wird vom Kleinhirn blitzschnell analysiert.
Hirnstamm
Der Hirnstamm schaltet Informationen vom Gehirn zum Kleinhirn und dem Rückenmark um und kontrolliert Bewegungen der Augen sowie die Mimik. Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Er ist für eine Vielzahl überlebenswichtiger Funktionen zuständig. Er koordiniert automatische Abläufe wie die Atmung und den Herzschlag, außerdem kontrolliert er auch Reflexe wie Husten, Harndrang, Erbrechen und Schlucken.
Verbindungen und Bahnsysteme
Die verschiedenen Hirnregionen sind durch komplexe Bahnsysteme miteinander verbunden, die eine reibungslose Kommunikation und Koordination ermöglichen.
Kortikopontozerebelläre Bahnen
Dieser Hirnabschnitt stimmt über kortikopontozerebelläre Bahnen Informationen vom Großhirn über geplante Bewegungsabläufe mit der aktuellen Lage des Körpers ab. Die Ncll. pontis erhalten zusätzlich afferente Bahnen von den Colliculi superiores, der Area praetectalis und dem Ncl. coeruleus der Formatio reticularis. Über diese Bahnen wird das Kleinhirn über die von der motorischen Großhirnrinde ausgehenden Impulse informiert (Efferenzkopie).
Spinozerebelläres System
Das spinozerebelläre System gibt eine direkte Rückmeldung über die Stellung und Haltung von Rumpf und Extremitäten (Propriozeption) an den Vermis mit benachbarter paravermaler Zone (Spinocerebellum).
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Extrapyramidales System (EPMS)
Die Bahnen des EPMS beginnen in verschiedenen Gebieten, zu denen u. a. die Basalganglien, Kerngebiete des Hirnstamms, das Kleinhirn und assoziative Rindenfelder zählen. Sie enden überwiegend über Interneurone an γ-Motoneuronen.
Pyramidenbahnsystem
Zum Pyramidenbahnsystem zählen Fasern für die motorischen Hirnnervenkerne (Tractus corticonuclearis) und die motorischen Vorderhornkerne (Tractus corticospinalis). In den Crura cerebri verlaufen diese Tractus in der Mitte, Ersterer mehr medial, Letzterer mehr lateral, flankiert von kortikopontozerebellären Bahnen als Teil des EPMS. Die kortikonukleären Bahnen führen zusätzlich Fasern aus dem frontalen Augenfeld (Tractus corticomesencephalicus) zu den Kernen der motorischen Augennerven (Nn. oculomotorius, trochlearis und abducens) für konjugierte Blickbewegungen.
Klinische Bedeutung
Erkrankungen oder Verletzungen des Gehirns können zu vielfältigen neurologischen Ausfällen führen, die je nach betroffener Region unterschiedliche Symptome verursachen.
Einklemmung des Mesencephalons
Bei raumfordernden supratentoriellen Prozessen besteht die Gefahr der Einklemmung des Mesencephalons im Tentoriumschlitz (obere Einklemmung) mit Bewusstseinsstörung, Lähmungen und Hirnnervenausfällen.
Kleinhirntonsillenherniation
Eine Druckentwicklung im unteren Bereich des Hirnstamms führt zu einer Herniation der Kleinhirntonsillen in das Foramen magnum.
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Basilaristhrombose
Eine Basilaristhrombose kann bei einer bilateralen Schädigung des basalen Pons und basalen Tegmentum pontis zu einem „Locked-in-Syndrom“ durch den vollständigen Ausfall aller motorischen Bahnen und der pontinen Hirnnervenkerne führen. Bei vollständig erhaltener Kognition erleidet der Patient eine Tetraplegie. Mimik, Kauen, Schlucken und Sprechen sind durch die Schädigung der Kerngebiete nicht mehr möglich.
Schlaganfall
Der Schlaganfall ist die am häufigsten auftretende Erkrankung des Gehirns. Schlaganfälle entstehen dadurch, dass eine Region des Gehirns durch den Verschluss eines Hirngefäßes nicht mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden kann. Es kommt zu einem Blutgerinnsel oder zu einer Blutung aufgrund eines geplatzten Gefäßes.
Parkinson
Parkinson entsteht dadurch, dass bestimmte Hirnzellen im Organ absterben. Es kommt zu einer verminderten Ausschüttung des Botenstoffs Dopamin, was zu einer Störung der Motorik führt. Typisch ist eine unwillkürliche Anspannung der Muskulatur, die sich in den für die Erkrankung typischen Zitterbewegungen offenbart.
Demenz
Auch die Demenz, die eine Verminderung der kognitiven Leistungen zur Folge hat, entsteht durch Veränderungen im Gehirn. Am weitesten verbreitet ist im Schnitt der Morbus Alzheimer.
Bildgebende Verfahren
Die moderne Medizin verfügt über verschiedene bildgebende Verfahren, um die Struktur und Funktion des Gehirns zu untersuchen. Dazu gehören:
- EEG (Elektroenzephalogramm): Misst die Hirnströme und ermöglicht es, unterschiedliche Aktivitäten verschiedener Großhirnregionen bei verschiedenen Tätigkeiten zu verfolgen.
- MRT (Magnetresonanztomographie): Eine besonders leistungsfähige Methode zur Untersuchung von Strukturen wie Zwischenhirn, Mittelhirn, Brücke, Nachhirn (Verlängertes Rückenmark, Bulbärhirn) und Rückenmark.