Hippocampus: Anatomie, Funktion und Bedeutung für das Gedächtnis

Der Hippocampus, eine faszinierende Hirnstruktur, spielt eine zentrale Rolle für das Gedächtnis, die räumliche Orientierung und die Verarbeitung von Emotionen. Seine komplexe Anatomie und vielfältigen Funktionen machen ihn zu einem intensiv erforschten Gebiet der Neurowissenschaften. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie, die Funktionen und die klinische Bedeutung des Hippocampus und gibt Einblicke in aktuelle Forschungsergebnisse.

Namensgebung und Lage

Der Name "Hippocampus" leitet sich vom griechischen Wort für "Seepferdchen" ab, da die Struktur eine gewisse Ähnlichkeit mit diesem Meeresbewohner aufweist. Eine alternative Bezeichnung, die vom Erstbeschreiber Julius Caesar Arantius vorgeschlagen wurde, war "Seidenwurm". Der Hippocampus liegt im medialen Teil des Temporallappens, genauer gesagt am Boden der Seitenventrikel. Er bildet einen sichelförmig gekrümmten Längswulst, der sich im Unterhorn der Seitenventrikel befindet. Nach vorne, in Richtung der Nase, grenzt er an die Amygdala.

Anatomischer Aufbau

Der Hippocampus ist eine kortikale Struktur, die sich aus verschiedenen Untereinheiten zusammensetzt:

• Subiculum: Ein Übergangsbereich zwischen dem Hippocampus und dem Gyrus parahippocampalis.
• Cornu Ammonis (CA): Der Hippocampus im engeren Sinne, unterteilt in die Regionen CA1, CA2, CA3 und CA4.
• Fascia dentata (Gyrus dentatus): Eine gezähnelt aussehende Windung der Großhirnrinde.

Diese Untereinheiten bestehen aus plattenartigen Schichten von Nervenzellen, ähnlich dem übrigen Cortex. Im Gegensatz zum Isocortex weist der Hippocampus jedoch nicht die typische sechsfache Schichtung auf und wird daher als Allocortex bezeichnet. Eine Besonderheit des Hippocampus ist die "Einrollung" dieser kortikalen Platten, die im Querschnitt an einen längs liegenden Topfenpalatschinken erinnert. Am distalen Ende des Hippocampus, dem "Schwanzende" in Analogie zum Seepferdchen, befinden sich zehenähnliche Vorwölbungen, die Digitationes hippocampi.

Indusium griseum

In der Nachbarschaft des Hippocampus befindet sich das Indusium griseum, auch bekannt als grauer Schleier. Früher ging man davon aus, dass es sich im Laufe der Entwicklung aus einer Unterregion des Hippocampus entwickelt, sozusagen ein ausgelagerter Teil davon ist. Eine neue Studie hat jedoch gezeigt, dass das Indusium griseum eine gesonderte Unterregion des Hippocampus mit eigener Identität ist. Nervenzellen des Indusium griseums wichtige Markerproteine wie den Transkriptionsfaktor Prox1, der für die Entwicklung der Nervenzellen des Gyrus dentatus unerlässlich ist. Nach aktuellen Erkenntnissen sind die Neurone des Indusium griseum besonders resistent gegen neurodegenerative Erkrankungen.

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Konnektivität

Die Haupteingänge zum Hippocampus stammen aus dem entorhinalen Cortex, der ihm unmittelbar anliegt. Diese Verbindungen verlaufen im Tractus perforans. Der entorhinale Cortex ist seinerseits mit allen Assoziationsgebieten des Neocortex verbunden. Dadurch erhält der Hippocampus Informationen darüber, was im Bewusstsein vor sich geht. Die Efferenzen des Hippocampus verlaufen hauptsächlich über den Fornix cerebri zu den Corpora mammillaria und bilden somit eine wichtige Struktur innerhalb des Papez-Neuronenkreises.

Funktionen des Hippocampus

Der Hippocampus spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen kognitiven Prozessen:

• Gedächtnisbildung: Der Hippocampus ist die Schaltstelle zwischen dem Kurz- und dem Langzeitgedächtnis. Er ist für die Konsolidierung von Gedächtnisinhalten zuständig, d.h. für die Übertragung von Informationen aus dem Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis. Insbesondere ist er an der Verarbeitung und Konsolidierung episodischer Erinnerungen beteiligt.
• Räumliche Orientierung: 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 Bewertung: Durch Verbindungen mit anderen Hirnregionen, insbesondere dem Mandelkern (Amygdala), kann der Hippocampus Signale emotional bewerten. Da Riechhirn und Hippocampus in enger Nachbarschaft liegen, werden auch Düfte und Gerüche, die mit Erinnerungen verknüpft sind, positiv oder negativ bewertet.
• Neurogenese: Der Hippocampus, insbesondere die Fascia dentata, ist einer der wenigen Orte im Gehirn, an dem zeitlebens Neurone neu geboren werden (Neurogenese). Die neugeborenen Nervenzellen werden in die bestehenden Schaltkreise des Hippocampus eingebaut. Die genaue Funktion dieser Neurogenese ist noch nicht vollständig verstanden.

Neuronale Mechanismen

Im Hippocampus wurde ein neuronaler Mechanismus entdeckt, der als physiologisches Substrat des Lernens gilt: die Langzeitpotenzierung (LTP). Dabei koppeln sich Nervenzellen, die oft zeitgleich aktiv sind, elektrisch inniger aneinander als solche, die nur gelegentlich synchron aktiv sind. Die LTP beruht auf einer Veränderung der Synapsen, wodurch die Übertragung von einem Neuron zum anderen effektiver wird.

Klinische Bedeutung

Schädigungen des Hippocampus können schwerwiegende kognitive Beeinträchtigungen nach sich ziehen.

• Amnesie: Bei Verlust von Nervenzellen im Hippocampus können Informationen nicht mehr vom Kurz- in das Langzeitgedächtnis übertragen werden. Dies führt zu einer anterograden Amnesie, bei der Betroffene keine neuen Gedächtnisinhalte bilden können. In schweren Fällen kann auch eine retrograde Amnesie auftreten, bei der Erinnerungen an Ereignisse vor der Schädigung verloren gehen. Ein bekannter Fall ist der Patient Henry Gustav Molaison (H.M.), dem beide Hippocampi entfernt werden mussten, um eine Epilepsie zu behandeln.
• Epilepsie: Bestimmte Formen der Epilepsie können durch Spontanentladungen in hippocampalen Neuronen ausgelöst werden.
• Alzheimer-Demenz: Veränderungen im Hippocampus finden sich schon frühzeitig bei der Alzheimer-Demenz. Die durch Alkoholmissbrauch hervorgerufene Korsakow-Krankheit ist ebenfalls eine Folge von Läsionen im limbischen System, insbesondere der Schaltkreise, die vom Hippocampus zur Großhirnrinde führen.
• Hippocampus Atrophie: Bei einer Atrophie des Hippocampus kommt es zur Rückbildung von Zellen, was zu Störungen der hier angesiedelten Funktionen führen kann.

Aktuelle Forschung

Der Hippocampus ist ein weiterhin intensiv erforschtes Gebiet der Neurowissenschaften. Aktuelle Studien konzentrieren sich auf verschiedene Aspekte:

Lesen Sie auch: Symptome und Diagnose

• Neuronale Netzwerke: Forscher untersuchen die komplexen neuronalen Netzwerke im Hippocampus, um die Mechanismen der Gedächtnisbildung und räumlichen Orientierung besser zu verstehen. Eine neue Studie beschreibt ein umfassendes Modell des entorhinalen Kortex-Dentate Gyrus-CA3-Netzwerks und zeigt, dass die verschiedenen spezifischen Eigenschaften und ihre komplizierten Wechselwirkungen die in diesem biologischen Netzwerk durchgeführten Berechnungen höherer Ordnung optimieren.
• Hippocampus-Rhythmen: Wissenschaftler untersuchen die Rolle von Hippocampus-Rhythmen, insbesondere der Ripple-Oszillation, bei Gedächtnisprozessen. Eine Störung dieser Rhythmen kann eine mögliche Ursache von Erkrankungen wie Epilepsien, Schizophrenie oder Gedächtnisstörungen im Rahmen der Alzheimer-Erkrankung sein.
• HippoMaps: Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat "HippoMaps" entwickelt, eine frei zugängliche Software-Toolbox inklusive einer Online-Datenbank für die Deep-learning-basierte Integration von Bilddaten unterschiedlicher Herkunft und Auflösung sowie die Analyse und die Kartierung des Hippocampus. Ziel ist es, die Zusammenhänge seiner Struktur und Funktion im gesunden wie erkrankten Gehirn besser zu verstehen.

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