Der Gyrus Cinguli, auch als Gürtelwindung bekannt, ist eine bedeutende Struktur im menschlichen Gehirn, die eine zentrale Rolle in verschiedenen kognitiven und emotionalen Prozessen spielt. Als Teil des limbischen Systems beeinflusst er maßgeblich Aufmerksamkeit, Schmerzverarbeitung und die Regulation von Affekten. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Anatomie, Funktion und klinische Bedeutung des Gyrus Cinguli.
Anatomie des Gyrus Cinguli
Der Gyrus Cinguli liegt im medialen Abschnitt des Gehirns und erstreckt sich wie ein Gürtel oberhalb des Corpus Callosum, der die beiden Hemisphären miteinander verbindet. Er wird nach oben hin durch den Sulcus Cinguli und nach unten durch den Sulcus Corporis Callosi begrenzt. Unterhalb des Knies des Balkens geht er in die Area Subcallosa und den Gyrus Paraterminalis über.
Interessanterweise variiert die Oberfläche des Gyrus Cinguli stark von Mensch zu Mensch. Die Sulci können an unterschiedlichen Stellen liegen, und bei einigen Individuen ist der Gyrus Cinguli sogar durch einen zusätzlichen, paracingulären Sulcus in zwei parallele Gyri aufgeteilt. Gemeinsam mit dem Gyrus Hippocampalis bildet der Gyrus Cinguli den äußeren Ring des limbischen Systems.
Unterteilung in Pars Anterior und Pars Posterior
Auf zellulärer Ebene lässt sich der Gyrus Cinguli in zwei Hauptteile untergliedern:
- Pars Anterior (vorderer Teil): Dieser Bereich tauscht Informationen mit der Amygdala, dem Nucleus Accumbens, dem Thalamus sowie dem motorischen und präfrontalen Cortex aus. Er besteht hauptsächlich aus motorischen Nervenzellen und seine Rinde ist agranulär, was bedeutet, dass die Körnerzellschichten, die für andere Hirnareale typisch sind, stark reduziert sind.
- Pars Posterior (hinterer Teil): Der posteriore Gyrus Cinguli ist mit verschiedenen Hirnrindenarealen in Parietal-, Temporal- und Frontallappen verschaltet. Er reguliert vor allem die visuell-räumliche Aufmerksamkeit und ist für das räumliche Gedächtnis verantwortlich. Zytologisch betrachtet beherbergt der hintere Gyrus Cinguli hauptsächlich Nervenzellen, die in die sensorische Verarbeitung eingeschaltet sind.
Im Marklager der Gürtelwindung verläuft das Cingulum, eine Assoziationsbahn, die den unteren Frontallappen mit dem unteren Temporallappen verbindet.
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Funktionen des Gyrus Cinguli
Der Gyrus Cinguli spielt eine entscheidende Rolle in einer Vielzahl von kognitiven und emotionalen Prozessen.
Allgemeine Funktionen
Im Allgemeinen beeinflusst der Gyrus Cinguli vegetative Funktionen des Körpers wie Herzfrequenz, Blutdruck und Atemfrequenz sowie den körperlichen und psychischen Antrieb.
Spezifische Funktionen der Pars Anterior
Der anteriore Gyrus Cinguli (ACC) unterstützt die mentale Flexibilität, Zusammenarbeit und Aufmerksamkeit. Er hilft dem Gehirn, sich an verschiedene Gegebenheiten anzupassen und unterstützt das Kleinkind bei der Entwicklung. Zudem hilft er, Sorgen und Probleme loszulassen, rituelle Bewegungen und Tics zu stoppen und das Gehirn bei der Überwachung von Motivationen, dem sozialen Selbst und der Persönlichkeit zu unterstützen. Der ACC ist eng mit der Amygdala verbunden.
Der vordere Teil des Gyrus Cinguli spielt auch eine Rolle für die Motorik: Ist er geschädigt, leiden die Betroffenen an Bewegungsarmut. Er ist aktiv, wenn es darum geht, auf widersprechende Reize hin eine Auswahl zwischen verschiedenen Verhaltensweisen zu treffen, wie beispielsweise beim Stroop-Test. Zudem ist der anteriore Gyrus Cinguli an Ausdrucksbewegungen (Mimik und Gestik) und an der Bewertung von Schmerzreizen beteiligt.
Spezifische Funktionen der Pars Posterior
Der posteriore Gyrus Cinguli ist eng mit den parahippocampalen Kortizes verbunden und wirkt am Erinnerungsspeicherprozess mit. Er ermöglicht die Orientierung im Raum sowie die Augen- und Sensoriküberwachung.
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Der Gyrus Cinguli und das Temporo-Cinguläre Netzwerk
Der dorsale anteriore cinguläre Cortex (dACC) ist als kognitive Subdivision an einer Vielzahl von kognitiven Prozessen beteiligt, darunter Aufmerksamkeitsprozesse, Konflikt- und Fehler-Monitoring, Belohnungslernen, Antwort-Auswahl und Schmerzverarbeitung. Er agiert hierbei nicht isoliert, sondern als Teil verschiedener Funktionsnetzwerke im Gehirn. Eines hiervon ist das Temporo-Cinguläre Netzwerk, welches im Kontext der auditorischen Informationsverarbeitung untersucht wurde. Studien haben gezeigt, dass während der Durchführung eines Wahlreaktionsparadigmas eine verstärkte funktionelle Konnektivität zwischen den bilateralen auditorischen Cortexen und dem dACC besteht.
Klinische Bedeutung des Gyrus Cinguli
Veränderungen oder Fehlfunktionen im Gyrus Cinguli können mit verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden.
Neuropsychiatrische Erkrankungen
Neurowissenschaftler vermuten, dass der Gyrus Cinguli bei der Entstehung neuropsychiatrischer Erkrankungen wie Depression, Zwangsstörungen oder Schizophrenie eine Rolle spielt. So mangelt es beispielsweise an Schizophrenie Erkrankten an Antrieb und Aufmerksamkeit. Der Stroop-Test bereitet ihnen auffällig große Probleme und sie machen mehr Fehler. Außerdem ist ihr Gyrus Cinguli bei der Bearbeitung der Aufgaben nur wenig aktiv. Andere Studien fanden, dass dieser Gehirnabschnitt bei schizophrenen Patienten minderdurchblutet ist, beziehungsweise vom Volumen her kleiner, als bei gesunden Probanden.
Zwangsstörungen (OCD)
Verschiedene Probleme werden dem cingulären Cortex zugerechnet, wobei drei Probleme besonders in Beziehung zu cingulären Fehlfunktionen stehen: Zwangsstörungen (OCD), ADS/ADHS und das Tourette-Syndrom.
Zwangsstörungen können Zwangsgedanken oder Zwangshandlungen oder beides auslösen. Sie werden oft begleitet von Besorgnis, Ängstlichkeit, mentaler Anspannung und auch physischer Anspannung. Betroffene haben typischerweise abnorme Hirnstoffwechselaktivitäten entlang posteriorer und anteriorer Regionen des cingulären Gyrus.
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ADS/ADHS
Der anteriore cinguläre Kortex steuert die Aufmerksamkeit und die Impulskontrolle. Er sorgt dafür, dass wir motiviert und bei der Sache sind. Corticale Verlangsamung entlang des anterioren cingulären Gyrus ist häufig die Ursache für diese Störung.
Tourette-Syndrom
Ungewollte verbale Äußerungen oder motorische Bewegungen sind typisch für das Tourette-Syndrom. Der anteriore cinguläre Kortex und der dorsolaterale prefrontale Kortex sind bei Tourette-Patienten unteraktiviert.
Cingulotomie
Bei einer Cingulotomie durchtrennt der Arzt in einer Operation den Gyrus Cinguli dauerhaft. Die Psyche des Patienten verändert sich dadurch irreversibel. Der Eingriff kann aber bei therapieresistenten Zwangsstörungen und Depressionen sowie bei schweren chronischen Schmerzen das letzte Mittel sein. Heutzutage wird eine Cingulotomie allerdings nur noch selten durchgeführt, da andere Verfahren wie die tiefe Hirnstimulation attraktiver geworden sind.
Forschungsmethoden zur Untersuchung des Gyrus Cinguli
Verschiedene Forschungsmethoden werden eingesetzt, um die Funktion und Struktur des Gyrus Cinguli zu untersuchen.
Dynamic Causal Modelling (DCM)
Die Analyse der effektiven Konnektivität mittels Dynamic Causal Modelling (DCM) für fMRT-Daten ermöglicht es, kausale Zusammenhänge innerhalb des Temporo-Cingulären Netzwerks zu untersuchen. Studien haben beispielsweise einen Top-Down-Einfluss vom dACC zu den auditorischen Cortexen und eine Modulation dieser durch die manuelle Antwortauswahl postuliert.
Polarized Light Imaging (PLI)
Das Polarized Light Imaging (PLI) ist eine Methode, mit der die Faserorientierung im anterioren Cingulum des menschlichen Gehirns analysiert und detailliert dargestellt werden kann. Mit dieser Methode kann die Faserorientierung in jedem Voxel eines Dünnschnittpräparates berechnet werden und damit der Verlauf von Fasersystemen und Nervenbahnen hochauflösend dargestellt werden.
EEG-Neurofeedbacktraining
Das EEG-Neurofeedbacktraining am Vertex (Cz) beeinflusst drei Kortizes gleichzeitig: den somatosensorischen, den motorischen und den cingulären. Dies ermöglicht es, die Aktivität des Gyrus Cinguli gezielt zu modulieren.