Der Gyrus Cinguli, auch als Cingulärer Gyrus bezeichnet, ist eine markante Gehirnstruktur, die sich im Bereich der Großhirnrinde über dem Corpus Callosum befindet. Er ist ein wichtiger Bestandteil des limbischen Systems und spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen kognitiven und emotionalen Prozessen.
Anatomie des Gyrus Cinguli
Der Gyrus cinguli, lateinisch für "Gürtelwindung", verdankt seinen Namen seiner gürtelartigen Form, da er wie ein Gürtel auf dem Corpus callosum liegt und parallel zu diesem von vorne nach hinten verläuft. Nach oben hin wird er durch den Sulcus cinguli, 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 sehr stark von Mensch zu Mensch: Seine Sulci liegen an unterschiedlichen Stellen und bei einigen Menschen ist der Gyrus cinguli sogar noch 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.
Die Gürtelwindung umfasst folgende Brodmann-Areale:
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Unterteilung in anteriore und posteriore Abschnitte
Äußerlich sieht man es ihm zwar nicht an, aber innerlich, auf Zellebene, schon: Der Gyrus cinguli gliedert sich in zwei Teile, mit unterschiedlichen Funktionen. Ihre Benennung ging recht phantasielos vonstatten: Sie heißen einfach nur Pars anterior und Pars posterior - vorderer und hinterer Teil. Der Bereich zwischen anterior und posterior liegt in der Regel bei Cz.
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- Anteriorer Gyrus Cinguli (ACC): Der anteriore cinguläre Kortex ist eng verbunden mit dem anterior ventral medialen Bereich des mittleren prefrontalen Kortex. Der anteriore cinguläre Gyrus befindet sich in den Frontallappen,
- Posteriorer Gyrus Cinguli (PCC): Der posteriore cinguläre Gyrus ist eng verbunden mit den parahippocampalen Kortizes und wirkt mit am Erinnerungsspeicherprozess, ermöglicht Orientierung im Raum, sowie Augen und Sensoriküberwachung. Der posteriore befindet sich in den Parietallappen.
Das Cingulum
Im Marklager der Gürtelwindung verläuft außerdem das sogenannte "Cingulum". Hierbei handelt es sich um eine Assoziationsbahn, die den unteren Frontallappen mit dem unteren Temporallappen verbindet. Das Cingulum ist eine Assoziationsbahn im Gehirn, das sich im Cingulären Cortex befindet und verschiedene Teile des limbischen Systems miteinander verbindet. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation von Emotionen, Gedächtnis und Aufmerksamkeit. Störungen im Cingulum können mit psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen wie Depressionen und Angststörungen in Verbindung gebracht werden. Seine genaue Funktion und Struktur wird weiterhin intensiv erforscht.
Funktionen des Gyrus Cinguli
Als größter Teil des limbischen Systems beeinflusst der Gyrus cinguli die Aufmerksamkeit und Konzentration, verarbeitet Schmerzen und reguliert Affekte. Der Gyrus cinguli hat im Allgemeinen Einfluss auf vegetative Funktionen des Körpers (z. B. Herzfrequenz, Blutdruck, Atemfrequenz) sowie den körperlichen und psychischen Antrieb. Die Pars anterior sorgt vor allem für die emotionale Färbung von Schmerzen (z. B. unangenehme Schmerzen). Dahingegen ist die Pars posterior für die allgemeine Aufmerksamkeit sowie das Langzeit- und Schmerzgedächtnis verantwortlich.
Damasio fasste die Aktivitäten des cingulären Gyrus wie folgt zusammen: "Ich würde es so beschreiben, dass es im menschlichen Gehirn eine bestimmte Region gibt, in der die Systeme, die sich mit Emotionen / Gefühlen, Aufmerksamkeit und dem Arbeitsgedächtnis befassen so eng zusammenarbeiten, dass sie als Quelle der Energie sowohl für externe Aktivitäten (Bewegungen) als auch interne Aktivitäten (Gedankenursprung) zu sehen sind. Diese Quellregion ist der anteriore cinguläre Kortex, ein Teil des limbischen Puzzles."
Funktionen des anterioren Gyrus Cinguli (ACC)
Der anteriore cinguläre Gyrus unterstützt mentale Flexibilität, Zusammenarbeit, Aufmerksamkeit, hilft dem Gehirn, sich an verschiedene Gegebenheiten anzupassen und dem Kleinkind bei der Entwicklung, hilft Sorgen und Probleme loszulassen, hilft dem Körper, rituelle Bewegungen und Tics zu stoppen, unterstützt das Gehirn bei der Überwachung von Motivationen, dem sozialen Selbst und der Persönlichkeit; er ist eng verbunden mit der Amygdala
Der vordere Teil des Gyrus cinguli ist experimentell sehr viel besser untersucht als der hintere. Er tauscht Informationen mit der Amygdala aus, dem Nucleus accumbens, dem Thalamus sowie dem motorischen und präfrontalen Cortex und setzt sich vor allem aus motorischen Nervenzellen zusammen. Seine Rinde ist agranulär, das heißt die Körnerzellschichten, die für andere Hirnareale typisch sind, sind stark reduziert. Der vordere Teil des Gyrus cinguli spielt auch für die Motorik eine Rolle: Ist er geschädigt, leiden die Betroffenen an Bewegungsarmut. Aktiv ist der anteriore Gyrus cinguli, wenn es darum geht, auf widersprechende Reize hin eine Auswahl zwischen verschiedenen Verhaltensweisen zu treffen. Ein Beispiel ist der Stroop-Test: Die Probanden müssen die Farbe nennen, in der ein Wort geschrieben steht. Das ist schwieriger, als es sich anhört: zwischen zwei widersprechenden Reizen - grüne Schrift mit Inhalt „rot“ - muss die Aufmerksamkeit auf die korrekte Antwort gelenkt werden. Zudem ist der anteriore Gyrus cinguli an Ausdrucksbewegungen beteiligt, also Mimik und Gestik. Und nicht zuletzt an der Bewertung von Schmerzreizen.
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Der ACC, oder Anteriore Cinguläre Cortex, ist ein Teil des Gehirns, der im frontalen Bereich des Cingulären Cortex liegt. Er besteht aus den Brodmann-Arealen 24, 32 und 33 und ist an Funktionen wie Entscheidungsfindung, Emotionen, Impulskontrolle und der Bewertung von Fehlern beteiligt. Der ACC spielt auch eine Rolle bei der Schmerzverarbeitung und der Regulation von autonomen Funktionen.
Funktionen des posterioren Gyrus Cinguli (PCC)
Der posteriore cinguläre Gyrus ist eng verbunden mit den parahippocampalen Kortizes und wirkt mit am Erinnerungsspeicherprozess, ermöglicht Orientierung im Raum, sowie Augen und Sensoriküberwachung.
Der posteriore Gyrus cinguli ist mit unterschiedlichen Hirnrindenarealen in Parietal-, Temporal- und Frontallappen verschaltet. Er reguliert vor allem die visuell-räumliche Aufmerksamkeit und ist für das räumliche Gedächtnis verantwortlich. Hier mag eine Rolle spielen, dass er Eingänge vom hinteren Parietallappen erhält, der bei der Orientierung eine maßgebliche Rolle spielt. Zytologisch betrachtet beherbergt der hintere Gyrus cinguli hauptsächlich Nervenzellen, die in die sensorische Verarbeitung eingeschaltet sind. Und unter dem Mikroskop fallen die vielen kleinen Zellen in den Körnerschichten der Rinde auf.
Der Gyrus Cinguli und seine Rolle bei neuropsychiatrischen Erkrankungen
Neurowissenschaftler vermuten, dass der Gyrus cinguli auch bei der Entstehung neuropsychiatrischer Erkrankungen wie Depression, Zwangsstörungen oder Schizophrenie eine Rolle spielt. So mangelt es z.B. den 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 ist bei 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.
Ein "heißer" cingulärer Kortex bedeutet, er ist überaktiv und verursacht Probleme. Verschiedene Probleme werden dem cingulären Kortex zugerechnet. Drei Probleme stehen besonders in Beziehung zu cingulären Fehlfunktionen: Zwangsstörungen (OCD), ADS / ADHS und das Tourette-Syndrom.
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Zwangsstörungen (OCD)
Zwangsstörungen können Zwangsgedanken oder Zwangshandlungen oder beides auslösen. Sie werden oft begleitet von Besorgnis, Ängstlichkeit, mentaler Anspannung und auch physischer Anspannung. Der Geist und manchmal auch der Körper stecken fest in rituellen Gedanken und Verhaltensweisen. Dem Klienten zu empfehlen, die Dinge lockerer zu sehen führt in der Regel nur zu Verschlimmerungen.
Zu den Gehirnstrukturen, die in Zusammenhang mit Zwangsstörungen stehen gehören der anteriore cinguläre Gyrus, der orbitale Gyrus (direkt über den Augen im prefrontalen Kortex), sowie tiefere Strukturen wie der Nucleus caudatus. Offenbar verfängt sich das Gehirn in Besessenheiten oder Rituale wie in einer Endlosschleife. Zwangspatienten haben typischerweise abnorme Hirnstoffwechselaktivitäten entlang posteriorer und anteriorer Regionen des cingulären Gyrus.
ADS / ADHS
Neurofeedback-Spezialisten haben ADS / ADHS mehr als jede andere Störung untersucht. Man geht davon aus, dass in den USA zwei Millionen Grundschulkinder an ADS / ADHS leiden. Diese Störung kann sich mit und ohne Hyperaktivität manifestieren. Die vier Grundkomponenten dieser Störung sind Unaufmerksamkeit (selektive Aufmerksamkeit), Ablenkbarkeit, Hyperaktivität und Impulsivität. Bei Erwachsenen legen sich häufig die hyperaktiven Symptome, aber sie haben dann oft weiter mit Symptomen der Unaufmerksamkeit und Impulsivität zu kämpfen.
Man weiß, dass der anteriore cinguläre Kortex die Aufmerksamkeit und die Impulskontrolle steuert. Er sorgt dafür, dass wir motiviert und bei der Sache sind. Er liegt im Bereich der primären und sekundären motorischen Kortizes, die die Bewegungen und körperliche Aktivität steuern. Manche Kinder mit ADS / ADHS haben Schwierigkeiten, die Konsequenzen ihrer Handlungen abzuschätzen. Sie können hyperfokussiert, für Stunden in einem Thema oder Aktivität gefangen sein. 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 (nahe F3/F7) sind bei Tourette-Patienten unteraktiviert. Tiefere Strukturen wie die linken Basalganglia sind ebenfalls am Problem beteiligt.
Der Gyrus Cinguli im Neuromarketing
Im Neuromarketing kann das Verständnis der Funktionen des Gyrus Cinguli dazu beitragen, gezielte Marketingkampagnen zu entwickeln, die auf die Emotionen und Bedürfnisse der Konsumenten abgestimmt sind. Darüber hinaus kann das Neuromarketing auch gezielt den Gyrus Cinguli ansprechen, um die Motivation und das Engagement der Konsumenten zu erhöhen.
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, andere Verfahren sind attraktiver geworden. Zum Beispiel die tiefe Hirnstimulation, bei der implantierte Elektroden bestimmte Hirnareale reizen. Im Gegensatz zum Durchtrennen eines Hirnareals ist diese Methode reversibel.
Wird der Gyrus cinguli dagegen geschädigt - etwa durch einen Schlaganfall -, reagiert der Betroffene weniger auf Umweltreize und es mangelt ihm an Antrieb: Er bewegt sich weniger und spricht auch weniger. Ist die Läsion ausgedehnter und tritt gleichzeitig auf beiden Gehirnseiten auf, reagiert er nicht einmal mehr auf Schmerzreize - er wendet sich dem Reiz zwar zu, registriert ihn also sehr wohl, zeigt aber ansonsten keine angemessene Reaktion. Affen, denen man den Gyrus cinguli entfernt hat, werden zahmer, verlieren aber gleichzeitig jegliches Interesse an anderen Mitgliedern ihrer Gruppe.
Konnektivität des Gyrus Cinguli
Die „Gürtelwindung“ ist ein innenliegender Teil des Cortex. Erst wenn man das Gehirn in der Mitte längs durchschneidet und aufklappt, sieht man den Gyrus cinguli. Er ist der Hirnrindenanteil oberhalb des Balkens - des Corpus callosum, das beide Hemisphären verbindet.
Der gesamte cinguläre Gyrus (anterior und posterior) teilt die linke und die rechte Hemisphäre. Der cinguläre Gyrus schneidet den zentralen Sulzus beim Vertex. Somit beeinflusst EEG-Neurofeedbacktraining am Vertex (Cz) drei Kortizes gleichzeitig, den somatosensorischen, den motorischen und den cingulären. Der cinguläre Gyrus wird auch als kortikaler Teil der Amygdala bezeichnet.
Der dorsale anteriore cinguläre Cortex (dACC) ist als kognitive Subdivision in einer Vielzahl von kognitiven Prozessen beteiligt, darunter Aufmerksamkeitsprozesse, Konflikt- und Fehler-Monitoring, Belohnungslernen, Antwort-Auswahl und Schmerzverarbeitung. Er agiert hierbei nicht in einem Vakuum, sondern als Teil verschiedener Funktionsnetzwerke im Gehirn. Eines hiervon ist das Temporo-Cinguläre, welches im Kontext der auditorischen Informationsverarbeitung anhand von Daten aus unterschiedlichen Modalitäten (EEG,MEG,fMRT) untersucht wurde.
Forschungsmethoden zur Untersuchung des Gyrus Cinguli
Zur Untersuchung des Gyrus Cinguli werden verschiedene Methoden eingesetzt, darunter:
- EEG (Elektroenzephalographie): Messpunkte im 10-20-System: Fpz, Fz, Cz, Pz
- fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie)
- MEG (Magnetoenzephalographie)
- DCM (Dynamic Causal Modelling)
- Polarized Light Imaging (PLI): Mit dieser Methode kann die Faserorientierung in jedem Voxel eines Dünnschnittpräparates berechnet werden und damit der Verlauf von Fasersystemen und Nervenbahnen hochauflösend dargestellt werden. Die physikalische Grundlage für dieses Verfahren bilden die doppelbrechenden Eigenschaften der myelinisierten Nervenfasern.