Das Sehzentrum im Gehirn: Anatomie und Funktion

Das Sehzentrum, auch visueller Cortex oder Sehrinde genannt, ist ein essenzieller Teil des Gehirns, der für das Sehen und die Verarbeitung visueller Informationen verantwortlich ist. Es ermöglicht uns, die Welt um uns herum zu interpretieren und zu verstehen. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie des Sehzentrums, seine Funktion, mögliche Störungen und moderne Diagnose- und Behandlungsansätze.

Der Sehnerv: Die Verbindung zum Gehirn

Der Sehnerv (Nervus opticus) ist der zweite von zwölf Hirnnerven und stellt die Verbindung zwischen dem Auge und dem Gehirn dar. Er ist jedoch keine Nervenstruktur im eigentlichen Sinne, sondern besteht aus weißer Gehirnsubstanz. Der Sehnerv setzt sich aus etwa einer Million Nervenfasern zusammen und leitet die elektrischen Impulse von der Netzhaut (Retina) zum Sehzentrum in der Großhirnrinde.

Anatomie des Sehnervs

Der Sehnerv ist etwa vier bis fünf Zentimeter lang und beginnt an der Papille im Auge, auch bekannt als Discus nervi optici. Die Papille ist eine weißliche, scheibenförmige Stelle am Augenhintergrund, an der sich die Nervenendigungen der Retina zum Sehnerv bündeln. Am hinteren Augenpol befindet sich eine etwa dreieinhalb Millimeter große Öffnung, durch die der Nervus opticus durch die Sklera (weiße Lederhaut des Auges) tritt.

In der Papille sammeln sich nicht nur die Nervenendigungen der Retina, sondern auch die Netzhautgefäße treten in einer mittig gelegenen Vertiefung ein und aus. Da an dieser Stelle keine Photorezeptoren vorhanden sind, besteht hier keine Sehfähigkeit, was als "Blinder Fleck" bezeichnet wird.

Nach dem Durchtritt durch die Lederhaut schlängelt sich der Sehnerv etwa 2,8 Zentimeter durch den Fettkörper in der knöchernen Augenhöhle hinter dem Augapfel. Diese Krümmungen ermöglichen dem Augapfel genügend Spielraum, um sich in seiner Höhle zu bewegen und sogar etwas nach vorne zu treten.

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Die Nervenfasern, die aus dem Randbereich der Netzhaut kommen, liegen auch im Sehnerv im Randbereich. Die Fasern aus dem zentralen Netzhautbereich und der Makula (dem Bereich des schärfsten Sehens) verlaufen im Inneren des Sehnervs. Alle Nervenfasern im Sehnerv sind von schützenden Markscheiden (Myelinscheiden) umschlossen.

Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum)

In der Schädelhöhle vor der Hypophyse vereinigen sich die Sehnerven der beiden Augen zu einer Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum). Hier werden die Nervenfasern nur teilweise gekreuzt: Die Fasern, die aus den mittleren (nasalen) Netzhauthälften kommen, kreuzen sich, während die Fasern, die aus den äußeren (temporalen) Netzhautbereichen kommen, nicht gekreuzt werden.

Das bedeutet, dass nach der Kreuzung die Fasern aus den linken Netzhauthälften beider Augen in die linke Hirnhälfte ziehen, und die Fasern aus den rechten Netzhauthälften in die rechte Hirnhälfte. Nach der Kreuzung der beiden Sehnerven sprechen Ärzte vom "Tractus opticus".

Funktion des Sehnervs

Die Hauptfunktion des Sehnervs besteht darin, die auf die Netzhaut treffenden elektromagnetischen (Licht-)Impulse zum Sehzentrum in der Großhirnrinde weiterzuleiten. Dort werden die aus den Augen eintreffenden Informationen zu einem Bild verarbeitet.

Ein Teil der Fasern des Tractus opticus ist zudem wichtig für den Pupillenreflex. Normalerweise sind beide Pupillen gleich weit. Wenn auf ein Auge stärkeres Licht trifft, verengt sich nicht nur in diesem Auge die Pupille, sondern zeitgleich auch im anderen, nicht-beleuchteten Auge.

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Probleme im Sehnerv-Bereich

Schädigungen im Bereich des Tractus opticus können zu Gesichtsfeldausfällen (Skotomen) in der betreffenden Netzhauthälfte beider Augen führen (homonyme Hemianopsie). Bei einer Schädigung des Chiasma opticum resultiert eine heteronyme Hemianopsie, bei der der Gesichtsfeldausfall in beiden Augen entweder die seitliche Hälfte (in Richtung Schläfe) oder die mediale Hälfte (in Richtung Nase) betrifft.

Weitere Erkrankungen, die den Sehnerv betreffen können, sind:

• Glaukom (Grüner Star): Eine Gruppe von Augenkrankheiten, die den Sehnerv schädigen und unbehandelt zur Erblindung führen können.
• Optikusneuritis (Sehnerventzündung): Führt zu Sehstörungen und kann ebenfalls in Erblindung enden.
• Optikusatrophie: Verlust von Sehnervenfasern, der durch Verletzungen, Entzündungen, Medikamente, Nikotin, Alkohol oder erhöhten Druck (z.B. bei Tumoren oder Hydrocephalus) verursacht werden kann.

Anatomie des Sehzentrums

Das Sehzentrum (visuelle Cortex, Sehrinde) ist der Teil der Großhirnrinde, der zum visuellen System gehört und das visuelle Bewusstsein ermöglicht. Es nimmt den Großteil des Okzipitallappens des Gehirns ein und entspricht den Brodmann-Arealen 17, 18 und 19. Das Sehzentrum wird in die primäre Sehrinde (V1) und sekundäre bzw. tertiäre (assoziative, V2-V5) Bereiche unterteilt.

Okzipitallappen: Der Ort des Sehzentrums

Der Okzipitallappen, auch Hinterhauptslappen genannt, ist der hinterste Bereich des Telencephalons (Großhirns). Er liegt oberhalb des Tentorium cerebelli und wird nach vorne durch den Sulcus parietooccipitalis vom Parietallappen (Scheitellappen) abgegrenzt. Unterhalb des Okzipitallappens befindet sich der Temporallappen (Schläfenlappen). Der Okzipitallappen wird durch die A. cerebri posterior mit Blut versorgt.

Primäre Sehrinde (V1, Area 17)

Die primäre Sehrinde (V1), auch Area striata genannt, befindet sich am Okzipitalpol im Sulcus calcarinus. Sie repräsentiert unmittelbar die gegenseitige Hälfte des Gesichtsfeldes und ist retinotop aufgebaut, d.h. nebeneinander auf der Netzhaut abgebildete Punkte liegen auch hier nebeneinander. V1 empfängt Rohinformationen des Sehens und ist essentiell für die Dekodierung von Eigenschaften wie Lichtintensität, Kontrast und Orientierung.

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V1 weist einen mehrschichtigen Aufbau mit sechs übereinander liegenden Laminae auf. Lamina 4, die sensorische Informationen enthält, ist besonders stark ausgeprägt, sodass deren markhaltigen Fasern makroskopisch als Gennari- bzw. Vicq d’Azyr-Streifen sichtbar sind. Daher wird das Areal auch „Area striata“ genannt.

Innerhalb der Sehrinde werden Informationen in dreidimensionalen, bandförmigen Strukturen verarbeitet, die auch plastisch als Säulen bezeichnet werden. Die grundlegende Bilderkennung erfolgt über Orientierungssäulen, die Zellbündel enthalten, welche Hell-dunkel-Kontraste zur Erkennung von Linien nutzen. Durch die Zusammenschau sämtlicher Linienpunkte aller Orientierungssäulen ergibt sich ein vollständiges Bild.

Einfache Zellen in den Orientierungssäulen erfassen die Konturen starrer Objekte. Ihre Reizantwort ist umso stärker, je exakter die betrachteten (Linien-)Punkte in ihrer Ausrichtung mit der Ausrichtung der einfachen Zelle übereinstimmen. Je ein Bündel von Orientierungssäulen zur Erfassung eines Radius von 0 bis 180 Grad bildet die Augendominanzsäule, welche die Informationen von einem festgelegten kleinen Punkt der Netzhaut eines Auges erfasst. Entsprechend existiert für den gleichen Gesichtsfeldausschnitt eine zweite Dominanzsäule für das andere Auge. Zudem existieren in den Dominanzsäulen sogenannte Blobs, die mit der Verarbeitung von Farbe beschäftigt sind.

Sekundäre und tertiäre Sehrinde (V2-V5, Area 18 und 19)

Die Informationen, welche die Sehrinde über die Sehstrahlung erreichen, werden in die sekundären Sehzentren (Brodmann-Areale 18 und 19) weitergegeben, wo sie verarbeitet und je nach Art der Information Teilbereichen wie der Gesichts- oder Farberkennung, dem Sprachzentrum oder motorischen Arealen zugeordnet werden.

Vom primären visuellen Cortex (V1) gehen visuelle Signale auf zwei unterschiedliche Verarbeitungspfade zur sekundären Sehrinde, die für weiterführende Interpretationen zuständig ist. Der sekundäre und tertiäre Cortex befassen sich mit der weiteren Verarbeitung von Detailinformationen, wie Objekterkennung und Gesichtserkennung - beeinflusst von Erinnerungen und gespeicherten Bildern.

Funktionelle Organisation des Sehzentrums

Die Sehrinde ist retinotop geordnet, was bedeutet, dass jeder Punkt auf der Netzhaut einem bestimmten kleinen corticalen Gebiet in V1 entspricht. Obwohl die Fovea, der Ort des schärfsten Sehens auf der Netzhaut, nur 1,5 Millimeter Durchmesser hat, nimmt sie vier Fünftel von V1 in Anspruch. Dies spiegelt die Verschaltung der Zellen in der Netzhaut wider, denn in der Fovea kommt eine Ganglienzelle auf einen Photorezeptor - oder einfacher gesagt: hier ist die „Auflösung“ besonders hoch.

Die Sehrinde verarbeitet visuelle Informationen in zwei Hauptströmen:

• Was-Bahn: Verantwortlich für die Objekterkennung und Identifizierung.
• Wo-Bahn: Verantwortlich für die Verarbeitung von räumlicher Information und Bewegung.

Störungen des Sehzentrums

Schädigungen der Sehrinde können unterschiedliche Auswirkungen haben, die von kleinen Gesichtsfeldausfällen bis hin zu einer vollständigen Erblindung auf der kontralateralen Seite reichen. Da die primären Sehrinden beider Hemisphären direkt gegenüber liegen, wirken sich raumfordernde Prozesse wie Tumore häufig auf beide Seiten aus.

Arten von Sehstörungen

• Gesichtsfelddefekte: Teilweiser Verlust des Sichtfeldes, typischerweise als Skotom oder Tunnelvision.
• Visuelle Agnosie: Die Unfähigkeit, Objekte trotz klarer Sicht zu identifizieren. Dies kann sich in unterschiedlichen Formen äußern, z.B. als Unfähigkeit, Gesichter (Prosopagnosie) oder Farben (Farbagnosie) zu erkennen.
• Halluzinationen: Das Wahrnehmen von Bildern oder Szenen, die nicht vorhanden sind.
• Cortex-Blindheit (Rindenblindheit): Komplette Unfähigkeit zu sehen, trotz intakter Augen und Sehnerven.
• Metamorphopsie: Verzerrte Wahrnehmung von Objekten, bei der beispielsweise gerade Linien wellig erscheinen.

Ursachen von Schädigungen

Schädigungen des Sehzentrums können durch verschiedene Faktoren verursacht werden, darunter:

• Hirntumore: Raumfordernde Prozesse, die Druck auf die Sehrinde ausüben oder diese direkt schädigen können.
• Schlaganfall: Unterbrechung der Blutversorgung der Sehrinde, die zu Gewebeschäden führen kann.
• Traumatische Hirnverletzungen: Verletzungen des Kopfes, die zu direkten Schäden der Sehrinde führen können.
• Entzündungen: Entzündliche Prozesse, die die Sehrinde betreffen, wie z.B. Enzephalitis.
• Degenerative Erkrankungen: Erkrankungen wie kortikobasale Degeneration, die zu einem fortschreitenden Abbau von Nervenzellen in der Sehrinde führen können.

Sehstörungen bei Hirntumoren

Ausfallerscheinungen im Bereich der Sehrinden, die durch einen Hirntumor verursacht werden, können vielfältige Erscheinungsbilder haben. Oft kann man anhand der Gesichtsfeldausfälle schon abschätzen, an welcher Stelle im Gehirn eine Schädigung eingetreten ist. Ist nur eine Hemisphäre betroffen, so fällt in der Regel nur das kontralaterale Gesichtsfeld aus. Bei Prozessen, die zum Beispiel durch verdrängendes Wachstum beide Hemisphären betreffen, werden entsprechend beide Gesichtsfelder beeinträchtigt.

Bei Tumoren, die lediglich die sekundäre oder tertiäre Sehrinde betreffen, ist das Sehen als solches nicht gestört, aber die wahrgenommenen Bilder können nicht mehr interpretiert werden, es besteht eine visuelle Agnosie.

Bei einer Schädigung der Sehstrahlung im Bereich des Temporallappens kommt es zu einem Ausfall der oberen Gesichtsfeldhälften. Liegt der Tumor hingegen in den oberen Anteilen der Sehstrahlung, so fällt eher der untere Teil aus. Da unmittelbar vor der Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) die Informationen aus den seitlichen Gesichtsfeldern im sogenannten „Chiasma opticum“ auf die Gegenseite kreuzen, kann ein Tumor der Hypophyse durch Druck an dieser Stelle zu Ausfällen der äußeren Gesichtsfeldhälften führen. Es entsteht eine bitemporale Hemianopsie, der Patient sieht wie mit Scheuklappen nur noch zentrale Anteile des Gesichtsfeldes.

Diagnose von Störungen des Sehzentrums

Die Diagnostik von Sehrindenfunktionsstörungen umfasst verschiedene Methoden, um die Struktur und Funktion der Sehrinde zu beurteilen.

Bildgebende Verfahren

• Magnetresonanztomographie (MRT): Eine nicht-invasive Methode, die detaillierte Bilder des Gehirns und speziell der Sehrinde ermöglicht. Sie erlaubt es, Strukturen des Gehirns detailliert zu betrachten, zwischen verschiedenen Arten von Gehirngewebe zu differenzieren, Schäden zu detektieren und Verletzungs- und Krankheitsstellen zu identifizieren. Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) kann zeigen, wie Gehirnareale zusammenarbeiten und reagieren, wenn bestimmte visuelle Informationen verarbeitet werden.
• Computertomographie (CT): Ein weiteres bildgebendes Verfahren, das detaillierte Bilder des Gehirns liefert und zur Erkennung von strukturellen Veränderungen oder Schädigungen der Sehrinde eingesetzt werden kann.

Visuell evozierte Potentiale (VEPs)

VEPs messen die elektrische Aktivität im Gehirn als Antwort auf visuelle Reize. Sie können helfen, Funktionsstörungen der Sehrinde zu identifizieren und die Integrität der Sehbahn zu beurteilen.

Neuropsychologische Tests

Neuropsychologische Tests können eingesetzt werden, um spezifische Defizite in der visuellen Wahrnehmung und Verarbeitung zu identifizieren, wie z.B. Agnosien oder Gesichtsfelddefekte.

Behandlung von Störungen des Sehzentrums

Die Behandlung von Störungen der Sehrinde zielt darauf ab, die Sehfunktionen wiederherzustellen oder zu verbessern und die Lebensqualität der Betroffenen zu erhalten.

Therapeutische Strategien

• Medikamentöse Behandlung: Einsatz von Medikamenten zur Verbesserung der Durchblutung oder zur Reduzierung von Entzündungen im Gehirn.
• Sehtraining: Spezifische Übungen zur Förderung der Neuroplastizität und zur Verbesserung der restlichen Sehfähigkeit.
• Chirurgische Eingriffe: Operationen, um Druck im Gehirn zu vermindern oder beschädigtes Gewebe zu reparieren.
• Rehabilitationstechnologien: Einsatz von technologischen Hilfsmitteln, die das Sehvermögen unterstützen und die Unabhängigkeit der Patienten fördern.
• Anpassung des Lebensumfelds: Änderungen in der Häuslichkeit oder am Arbeitsplatz, um die Sicherheit und Selbstständigkeit zu erhöhen.
• Psychotherapeutische Unterstützung: Hilfe bei der Bewältigung von Begleiterscheinungen wie Angst und Depression, die mit Sehstörungen einhergehen können.

Neuroplastizität und Sehtraining

Neuroplastizität bezeichnet die Fähigkeit des Gehirns, sich an Veränderungen anzupassen und neue neuronale Verbindungen zu bilden. Dieses Konzept ist besonders relevant, wenn es um Schädigungen der Sehrinde geht. Die Förderung der Neuroplastizität kann durch gezieltes Sehtraining begünstigt werden. Solche Trainingsprogramme zielen darauf ab, das Gehirn zu stimulieren und die Zusammenarbeit von Augen und Gehirn zu optimieren.

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