Der Hippocampus und der präfrontale Cortex (PFC) sind zwei wichtige Hirnstrukturen, die unterschiedliche, aber miteinander verbundene Funktionen erfüllen. Um die komplexen Prozesse des menschlichen Gehirns zu verstehen und wie es unsere Wahrnehmung, Gedanken und Handlungen steuert, ist es wichtig, diese Regionen zu verstehen.
Der präfrontale Cortex: Sitz der exekutiven Funktionen
Der präfrontale Cortex (PFC) ist eine anatomische Region der Großhirnrinde (Cortex cerebri). Er liegt im Frontallappen und nimmt den vorderen Rindenteil ein. Der PFC ist eng mit den sensorischen Assoziationsgebieten des Cortex verbunden und gilt als Sitz der exekutiven Funktionen, die das eigene Verhalten steuern, sowie des Arbeitsgedächtnisses. Er befindet sich an der Stirnseite des Gehirns.
Funktionen des präfrontalen Cortex
Der PFC erfüllt eine Vielzahl von Funktionen, darunter:
- Handlungsplanung und Entscheidungsfindung: Der PFC ist maßgeblich an der Planung von Handlungen und dem Treffen von Entscheidungen beteiligt.
- Emotionale Bewertung von Informationen: Er erfüllt unter anderem die Funktion, Informationen ins Gedächtnis zu integrieren und emotional zu bewerten.
- Situationsangepasstes Handeln: Die im präfrontalen Cortex ablaufenden Funktionen und Prozesse werden als notwendig angesehen, um Handlungen situationsangemessen zu planen und Emotionen zu regulieren.
- Regulation von Emotionen: Der PFC spielt eine entscheidende Rolle bei der Emotionsregulation. Er hilft uns, impulsive Reaktionen zu kontrollieren, potenzielle Konsequenzen zu bewerten und emotionale Antworten zu modulieren.
Vernetzung des präfrontalen Cortex
Der PFC ist stark mit anderen Hirnstrukturen vernetzt. Afferenzen, informationszuführende Verbindungen, verlaufen von so gut wie allen sensorischen Assoziationsgebieten der Großhirnhemisphäre aus. Weiterhin bestehen viele Afferenzen aus dem Thalamus und den dopaminergen Hirnstammzentren der Formatio reticularis (Retikulärformation). Der mediale präfrontale Kortex ist insbesondere mit der Amygdala vernetzt und wird so mit der Modifikation von Emotionen in Zusammenhang gesetzt. Eine efferente Verbindung ohne vergleichbare Afferenz verläuft zum Nucleus accumbens (Teil des "Belohnungssystems").
Schädigung des präfrontalen Cortex
Durch Schädel-Hirn-Verletzungen, Blutungen, Tumore und degenerative Prozesse im Gehirn kann die Funktion des präfrontalen Cortex eingeschränkt werden. Aus klinischer Sicht sind vor allem bilaterale Läsionen problematisch. Patienten mit derartigen Verletzungen weisen eine verringerte intellektuelle Fähigkeiten auf. Weiterhin kommt es zu Einschränkungen der Konzentrationsfähigkeit, des Antriebs und der Planungsfähigkeit. Häufig werden zudem Persönlichkeitsveränderungen beobachtet. 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. Das können etwa pseudo-depressive Störungen mit Antriebslosigkeit bis hin zur Apathie oder aber pseudo-psychopathische Störungen sein.
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Der präfrontale Cortex und Schizophrenie
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 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 Hippocampus: Das Erinnerungszentrum
Der Hippocampus ist eine weitere wichtige Hirnstruktur, die für das Lernen und die Bildung von Gedächtnisinhalten, insbesondere für das episodische Gedächtnis, verantwortlich ist. Der Hippocampus kommt, wie viele Strukturen im Gehirn, paarig in jeder Hirnhälfte vor und ist das Erinnerungszentrum unseres Gehirns.
Funktionen des Hippocampus
- Lernen und Gedächtnisbildung: Der Hippocampus spielt eine zentrale Rolle beim Lernen und der Speicherung von Langzeiterinnerungen durch seine organische Form und Struktur.
- Episodisches Gedächtnis: Er ist insbesondere für das episodische Gedächtnis verantwortlich, das die Erinnerung an persönliche Erlebnisse und Ereignisse umfasst.
- Räumliche Orientierung: Der Hippocampus ist auch an der räumlichen Orientierung beteiligt.
Der Hippocampus und Traumatisierung
Infolge von Traumatisierung kann der Hippocampus beeinträchtigt werden, was zu Gedächtnisproblemen und Schwierigkeiten führen kann, das traumatische Ereignis zu verarbeiten und zu integrieren. Der Hippocampus von Traumatisierten ist oft im Volumen reduziert. Diese Verringerung des Hippocampus-Volumens wird mit der Schwere und Dauer der Traumatisierung in Verbindung gebracht.
Der Hippocampus im Papez'schen Schaltkreis
Der Hippocampus ist die Pforte zum Papez'schen Schaltkreis. Er erhält entschlüsselte sensorische Informationen aus den jeweiligen Sinnesbereichen in den Hirnlappen. Die Informationen wandern weiter durch den Fornix zu den Mamillarkörpern, dem Thalamus und weiter zum Gyrus Cinguli. Der Papez'sche Schaltkreis ist auch involviert beim Abruf von Informationen, wie dem Aufsagen eines Gedichts.
Theorien zur Unabhängigkeit von Erinnerungen vom Hippocampus
Es ist noch nicht geklärt, wann gespeicherte Erinnerungen vom medialen Temporallappen (also auch vom Hippocampus) unabhängig sind. Dazu existieren zwei Theorien:
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- Konsolidierungstheorie: Diese Theorie besagt, dass der Hippocampus und Gebiete im medialen Temporallappen für die Speicherung und den Abruf von Erinnerungen benötigt werden. Der Hippocampus ist mit allen Speicherarealen in der Hirnrinde verbunden und vermittelt zwischen ihnen, da eine Information sowohl visuelle, auditive und räumliche Aspekte haben kann. Im Laufe der Zeit bilden die Komponenten direkte Verbindungen untereinander, um das Wissen zu verknüpfen.
- Theorie multipler Gedächtnisspuren: Diese Theorie besagt, dass die Speicherorte der Erinnerungen nie unabhängig vom Hippocampus sein werden. Werden Erinnerungen jedoch häufig abgerufen und somit die Netzwerke aus Nervenzellen, die für diese Erinnerung zuständig ist, vergrößert, so können Erinnerungen auch bei Hippocampus-Läsionen bestehen bleiben. Dafür spricht die Tatsache, dass semantische Erinnerungen oft mehrmals enkodiert wurden und häufiger bei nach Schädigungen des Gehirns abrufbar bleiben.
Gemeinsamkeiten und Unterschiede
Obwohl der Hippocampus und der präfrontale Cortex unterschiedliche Funktionen erfüllen, arbeiten sie eng zusammen. Beide Strukturen sind an der Verarbeitung von Informationen, der Entscheidungsfindung und der Regulation von Emotionen beteiligt.
Unterschiede in den Funktionen
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Strukturen liegt in ihren spezifischen Funktionen:
- Der präfrontale Cortex ist vor allem für exekutive Funktionen wie Planung, Entscheidungsfindung und Arbeitsgedächtnis zuständig.
- Der Hippocampus ist vor allem für das Lernen und die Bildung von Gedächtnisinhalten, insbesondere für das episodische Gedächtnis, verantwortlich.
Gemeinsamkeiten in der Vernetzung
Trotz ihrer unterschiedlichen Funktionen sind der Hippocampus und der präfrontale Cortex eng miteinander vernetzt. Sie kommunizieren miteinander und beeinflussen sich gegenseitig. Zum Beispiel sendet der Hippocampus Informationen an den präfrontalen Cortex, die für die Entscheidungsfindung relevant sind. Der präfrontale Cortex kann auch die Aktivität des Hippocampus modulieren, um die Speicherung von Erinnerungen zu beeinflussen.
Bedeutung für das Verständnis des Gehirns
Das Verständnis der Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen dem Hippocampus und dem präfrontalen Cortex ist entscheidend für das Verständnis der komplexen Prozesse des Gehirns. Diese beiden Strukturen spielen eine wichtige Rolle bei der Gestaltung unserer Wahrnehmung, unserer Gedanken und unserer Handlungen.
Weitere Gehirnregionen und ihre Funktionen
Neben dem Hippocampus und dem präfrontalen Cortex gibt es noch viele andere Gehirnregionen, die wichtige Funktionen erfüllen. Hier ein kurzer Überblick:
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- Amygdala: Steuerung von Emotionen wie Angst. Die Amygdala ist eine Kernstruktur im Gehirn, die eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen, insbesondere von Angst, spielt. Sie ist eine Art „Wächter“ unseres Gehirns, der andere Strukturen, die zum Beispiel Kampf oder Fluchtreaktionen ermöglichen, schnell aktiviert, falls Gefahr droht. Nach traumatischen Ereignissen ist die Amygdala oft überaktiviert, was zu intensiven und überwältigenden emotionalen Reaktionen führen kann, auch in Situationen, in denen gar keine reale Gefahr droht.
- Thalamus: Weiterleitung von sensorischen Informationen. Der Thalamus fungiert als Verteiler von sensorischen Informationen.
- Motorischer Cortex: Zuständig für die Steuerung und Planung von Bewegungen. Diese Region sendet Signale an die Muskeln, um Bewegungen zu initiieren und zu koordinieren.
- Visueller Cortex: Befindet sich im Hinterkopf und ist verantwortlich für die Verarbeitung visueller Informationen, die von den Augen empfangen werden.
- Sensorischer Cortex: Verarbeitet sensorische Eingaben vom gesamten Körper, einschließlich Berührung, Schmerz und Temperatur.
- Auditorischer Cortex: Verarbeitet Höreindrücke und spielt eine wesentliche Rolle beim Verstehen von Sprache und Musik.
- Basalganglien: Spielen eine Rolle bei der Entwicklung von Gewohnheiten und dem Erlernen von Fähigkeiten.
- Kleinhirn: Steuerung der Motorik und des Gleichgewichts. Wächter des Gleichgewichts und der präzisen Bewegungskoordination.
- Hypothalamus: Wichtig für die Homöostase im Körper und reguliert zudem die Freisetzung von Hormonen.
Auswirkungen von Verletzungen auf verschiedene Gehirnregionen
Verletzungen in unterschiedlichen Gehirnregionen können vielfältige Verhaltensänderungen verursachen. Schäden im Frontallappen können beispielsweise Entscheidungsfindungen und Impulskontrolle beeinträchtigen, während Verletzungen im Temporallappen zu Gedächtnisverlust führen können.
Entwicklung der Gehirnregionen
Gehirnregionen entwickeln sich von der Kindheit bis ins Erwachsenenalter durch Prozesse wie Synapsenbildung, Synapseneliminierung und Myelinisierung. In der Jugend finden umfangreiche Veränderungen, insbesondere in der präfrontalen Kortexregion, statt. Im höheren Alter nimmt die Plastizität ab, und es kommt oft zum Abbau von Nervenzellen.
Methoden zur Erforschung von Gehirnregionen
Zu den Methoden zur Erforschung von Gehirnregionen gehören bildgebende Verfahren wie MRT (Magnetresonanztomographie) und fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie), EEG (Elektroenzephalographie), PET (Positronen-Emissions-Tomographie) sowie invasive Techniken wie Tiefenhirnstimulation und Elektrokortikographie.
Emotionen und Gehirnregionen
Gehirnregionen wie die Amygdala, der präfrontale Cortex und der Hippocampus sind zentral bei der Verarbeitung von Emotionen. Die Amygdala erkennt und steuert emotionale Reaktionen, während der präfrontale Cortex bei der Regulation und Kontrolle dieser Emotionen hilft. Der Hippocampus unterstützt dabei das emotionale Gedächtnis und die Kontextverarbeitung.
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