Der Hippocampus, eine Struktur im menschlichen Gehirn, die an ein Seepferdchen oder eine Biskuitrolle erinnert, spielt eine zentrale Rolle im limbischen System. Er ist nicht nur für die Regulation von Emotionen und Verhalten verantwortlich, sondern auch für Lernprozesse, räumliche Orientierung und Gedächtnisbildung. Innerhalb des Hippocampus sind der Gyrus dentatus und das Ammonshorn von besonderer Bedeutung.
Anatomie des Hippocampus
Der Hippocampus befindet sich an der medialen Seite des unteren Temporallappens und bildet die Wand des Unterhorns des Seitenventrikels. Nach vorne, in Richtung der Nase, liegt die Amygdala. Im Querschnitt des Gehirns zeigt der Hippocampus eine charakteristische, eingerollte Rindenstruktur, die an eine Biskuitrolle erinnert. Am distalen Ende, dem "Schwanzende" in Anlehnung an die Seepferdchen-Analogie, befinden sich zehenähnliche Vorwölbungen, die dem Hippocampus eine tatzenähnliche Form verleihen. Dieser distale Abschnitt wird aufgrund seiner gezahnten Struktur auch als "Gyrus dentatus" bezeichnet. Direkt daran anschließend befindet sich das Ammonshorn ("Cornu ammonis"). Beide Strukturen werden im engeren Sinne dem Hippocampus zugerechnet.
Gyrus dentatus
Der Gyrus dentatus ist ein wichtiger Teil des Hippocampus und fungiert als dessen "Eingangsstation". Er erhält sensorische Informationen aus verschiedenen Bereichen des Cortex (Großhirnrinde), insbesondere über den entorhinalen Cortex. Der Gyrus dentatus besteht aus drei Schichten und ist einer der wenigen Orte im Zentralnervensystem, an denen auch beim Erwachsenen neuronale Stammzellen nachgewiesen werden können (adulte Neurogenese).
Ammonshorn (Cornu ammonis)
Das Ammonshorn, auch Cornu ammonis genannt, ist ein weiterer wichtiger Bestandteil des Hippocampus. Histologisch lässt es sich in vier verschiedene Bereiche unterteilen, die von CA1 bis CA4 durchnummeriert werden. Die großen Pyramidenzellen des Ammonshorns erhalten Afferenzen, hauptsächlich aus dem entorhinalen Kortex über den Gyrus dentatus.
Funktion des Hippocampus
Der Hippocampus spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen kognitiven Prozessen:
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- Gedächtnisbildung: Eine seiner Hauptfunktionen besteht darin, episodische Erinnerungen zu verarbeiten und zu konsolidieren. Der Hippocampus ist für die Übertragung von Informationen aus dem Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis zuständig. Bei Verlust von Nervenzellen in diesem Gebiet können Informationen nicht mehr vom Kurz- in das Langzeitgedächtnis übertragen werden.
- Räumliche Orientierung und Navigation: Der Hippocampus ist wichtig für die räumliche Orientierung und das Navigationsverhalten. Er hilft dabei, mentale Landkarten der Umgebung zu erstellen und ermöglicht dadurch eine adäquate Orientierung in der Umwelt.
- Emotionale Regulation: Der Hippocampus ist auch an der Regulation von Emotionen beteiligt. Durch seine Verbindung mit dem limbischen System ist er an der Ausprägung und Regulation von Emotionen involviert.
Bedeutung des Gyrus dentatus für die Gedächtnisbildung
Der Gyrus dentatus spielt eine wichtige Rolle bei der Gedächtnisbildung, insbesondere bei der Enkodierung neuer Informationen. Er empfängt sensorische Eingänge aus dem Cortex und trägt dazu bei, diese Informationen in Gedächtnisspuren umzuwandeln. Die adulte Neurogenese im Gyrus dentatus könnte eine Rolle bei der fortlaufenden Anpassung des Gedächtnisses an neue Erfahrungen spielen.
Rolle des Ammonshorns bei der Konsolidierung von Gedächtnisinhalten
Das Ammonshorn ist an der Konsolidierung von Gedächtnisinhalten beteiligt, d.h. an der Stabilisierung von Gedächtnisspuren im Laufe der Zeit. Die CA1-Region des Ammonshorns spielt eine wichtige Rolle bei der Entscheidung, welche Informationen im Gedächtnis gespeichert werden und welche nicht. Studien an Mäusen haben gezeigt, dass die NMDA-Rezeptoren in der CA1-Region für diese Entscheidungsfindung von Bedeutung sind.
Verbindungen des Hippocampus
Der Hippocampus ist über verschiedene Nervenbahnen mit anderen Hirnregionen verbunden. Die wichtigsten Zuflüsse (Afferenzen) erreichen den Hippocampus über ein Nervenbündel namens "Tractus perforans". Der Tractus perforans kommt aus der Area entorhinalis und enthält Impulse aus diversen anderen Hirnbereichen, darunter beispielsweise Riechhirn und Thalamus. Efferenzen vom Hippocampus verlaufen ausgehend vom Subiculum hauptsächlich über den Fornix cerebri, welcher zu den Mamillarkörpern zieht. Somit bildet der Hippocampus eine wichtige Struktur innerhalb des sogenannten "Papez-Neuronenkreis".
Der Papez-Neuronenkreis
Der Papez-Neuronenkreis ist ein wichtiger neuronaler Schaltkreis, der an der Verarbeitung von Emotionen und Gedächtnisinhalten beteiligt ist. Er besteht aus folgenden Strukturen:
- Hippocampus
- Fornix cerebri
- Corpora mamillaria
- Thalamus
- Gyrus cinguli
Der Hippocampus empfängt Informationen aus dem Cortex und sendet sie über den Fornix cerebri zu den Corpora mamillaria. Von dort werden die Informationen zum Thalamus weitergeleitet, der sie wiederum an den Gyrus cinguli sendet. Der Gyrus cinguli projiziert zurück zum Hippocampus, wodurch der Kreislauf geschlossen wird.
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Bedeutung der Verbindungen für die Funktion
Die Verbindungen des Hippocampus mit anderen Hirnregionen ermöglichen es ihm, sensorische Informationen, emotionale Bewertungen und Gedächtnisinhalte zu integrieren. Diese Integration ist entscheidend für die Bildung von komplexen Erinnerungen und für die Steuerung von Verhalten und Emotionen.
Erkrankungen und Störungen des Hippocampus
Ausfälle im Bereich des Hippocampus können schwere kognitive Beeinträchtigungen nach sich ziehen. Bei Verlust von Nervenzellen in diesem Gebiet können Informationen nicht mehr vom Kurz- in das Langzeitgedächtnis übertragen werden. Daneben steht der Hippocampus womöglich auch mit weiteren Erkrankungen in Zusammenhang. Beispielsweise gibt es gewisse Formen der Epilepsie, wobei Anfälle durch Spontanentladungen in hippocampalen Neuronen ausgelöst werden.
Hippocampusatrophie
Bei einer Atrophie kommt es im Allgemeinen zur Rückbildung von Zellen. Geschieht dies mit den Neuronen (Nervenzellen) innerhalb des Hippocampus, so kann es in der Folge zu Störungen der hier angesiedelten Funktionen kommen. Eine Hippocampusatrophie kann verschiedene Ursachen haben, darunter:
- Alzheimer-Krankheit: Die Alzheimer-Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung, die mit einer fortschreitenden Atrophie des Hippocampus einhergeht. Dies führt zu Gedächtnisverlust und anderen kognitiven Beeinträchtigungen.
- Epilepsie: Bestimmte Formen der Epilepsie können zu einer Schädigung des Hippocampus und einer Atrophie führen.
- Chronischer Stress: Chronischer Stress kann die Neurogenese im Hippocampus beeinträchtigen und zu einer Atrophie führen.
- Posttraumatische Belastungsstörung (PTBS): In Studien mit Bildgebungsverfahren wurden wiederholt um 5-26 Prozent verkleinerte Hippocampusformationen bei PTBS-Patienten im Vergleich zu gesunden Probanden festgestellt.
- Schizophrenie und Depressionen: Auch für andere Erkrankungen wie Schizophrenie und Depressionen ist die Hippocampusatrophie nachgewiesen.
Amnesie
Eine Amnesie ist eine Gedächtnisstörung, die durch eine Schädigung des Hippocampus oder anderer Hirnregionen verursacht werden kann. Es gibt verschiedene Formen der Amnesie, darunter:
- Anterograde Amnesie: Unfähigkeit, neue Informationen zu lernen und zu speichern.
- Retrograde Amnesie: Verlust von Erinnerungen an Ereignisse, die vor der Schädigung des Hippocampus stattgefunden haben.
Epilepsie
Wie bereits erwähnt, können bestimmte Formen der Epilepsie durch Spontanentladungen in hippocampalen Neuronen ausgelöst werden. Diese Anfälle können zu Gedächtnisstörungen und anderen kognitiven Beeinträchtigungen führen.
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Bedeutung für die Forschung und Therapie
Die Erforschung des Hippocampus und seiner Funktionen ist von großer Bedeutung für das Verständnis von Gedächtnis, Lernen und Emotionen. Neue Erkenntnisse über die Mechanismen der Gedächtnisbildung und die Ursachen von Gedächtnisstörungen könnten zur Entwicklung neuer Therapien für Erkrankungen wie Alzheimer-Krankheit, Epilepsie und PTBS führen.
Medikamentöse Inaktivierung der NMDA-Rezeptoren
Studien an Mäusen haben gezeigt, dass die NMDA-Rezeptoren im Hippocampus eine wichtige Rolle bei der Entscheidungsfindung spielen. Die übliche milde medikamentöse Inaktivierung der NMDA-Rezeptoren mit Memantin bei ersten Anzeichen einer Demenz behindert die Gedächtnisbildung nicht unmittelbar. Bei der Therapie mit Memantin sollte die Beurteilung der Entscheidungsfindung der Patienten mit einbezogen werden.