Der Hippocampus, eine Struktur im Gehirn, die an ein Seepferdchen oder eine Biskuitrolle erinnert, spielt eine zentrale Rolle für Gedächtnis, räumliche Orientierung und Emotionen. Als Teil des limbischen Systems ist er an Lernprozessen beteiligt und ermöglicht es uns, Informationen vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis zu übertragen. Schädigungen des Hippocampus können zu schweren kognitiven Beeinträchtigungen führen.
Anatomie und Struktur des Hippocampus
Der Hippocampus befindet sich im unteren Temporallappen auf beiden Seiten des Gehirns und bildet die Wand des Unterhorns des Seitenventrikels. Seine Form erinnert an ein Seepferdchen, daher der Name. Nach vorne, zur Nase hin, grenzt er an die Amygdala.
Im Querschnitt zeigt der Hippocampus eine eingerollte Rindenstruktur, die an eine Biskuitrolle erinnert. Am distalen Ende befinden sich zehenähnliche Vorwölbungen, die als "Digitationes hippocampi" bezeichnet werden und dem Hippocampus eine tatzenähnliche Form verleihen. Dieser Bereich wird aufgrund seiner gezahnten Struktur auch als "Gyrus dentatus" bezeichnet. Direkt daran anschließend befindet sich das Ammonshorn ("Cornu ammonis"). Gyrus dentatus und Cornu ammonis werden im engeren Sinne dem Hippocampus zugerechnet.
Adulte Neurogenese im Gyrus dentatus
Der Gyrus dentatus ist einer der wenigen Orte im zentralen Nervensystem, an denen auch bei Erwachsenen neuronale Stammzellen nachgewiesen werden können.
Afferenzen und Efferenzen des Hippocampus
Die wichtigsten Zuflüsse (Afferenzen) erreichen den Hippocampus über den "Tractus perforans" aus der Area entorhinalis, der Impulse aus verschiedenen Hirnbereichen wie Riechhirn und Thalamus enthält. Efferenzen verlaufen vom Subiculum hauptsächlich über den Fornix cerebri zu den Mamillarkörpern. Damit ist der Hippocampus eine wichtige Struktur innerhalb des "Papez-Neuronenkreises".
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Histologische Struktur
Der Gyrus dentatus besteht aus drei Schichten, während das Cornu ammonis histologisch in vier Bereiche (CA1 bis CA4) unterteilt wird.
Funktionen des Hippocampus
Der Hippocampus hat vielfältige und komplexe Funktionen, die für Kognition, Gedächtnis und Verhalten unerlässlich sind.
Gedächtnisbildung und Konsolidierung
Eine seiner Hauptfunktionen besteht darin, episodische Erinnerungen zu verarbeiten und zu konsolidieren. Er ist die Schaltstelle zwischen Kurz- und Langzeitgedächtnis. Über diese Schaltstelle werden die Inhalte aus dem Kurzzeitgedächtnis - je nach Bedeutung - in das Langzeitgedächtnis übernommen, wo sie gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen werden können. Bei Verlust von Nervenzellen in diesem Gebiet können Informationen nicht mehr vom Kurz- in das Langzeitgedächtnis übertragen werden.
Räumliche Orientierung und Navigation
Darüber hinaus spielt der Hippocampus eine wichtige Rolle bei der räumlichen Orientierung und dem Navigationsverhalten. Er hilft dabei, mentale Landkarten der Umgebung zu erstellen und ermöglicht dadurch eine adäquate Orientierung in der Umwelt.
Emotionale Regulation
Schließlich ist der Hippocampus auch an der Regulation von Emotionen beteiligt. Durch Verbindungen mit anderen Hirnregionen können der Hippocampus und die Amygdala Signale emotional bewerten. Da Riechhirn und Hippocampus in enger Nachbarschaft liegen, werden auch Düfte und Gerüche, die mit Erinnerungen verknüpft und abgespeichert sind, positiv oder negativ bewertet.
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Erkrankungen und Störungen des Hippocampus
Ausfälle im Bereich des Hippocampus können schwere kognitive Beeinträchtigungen nach sich ziehen. Daneben steht der Hippocampus womöglich auch mit weiteren Erkrankungen in Zusammenhang.
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.
Epilepsie
Beispielsweise gibt es gewisse Formen der Epilepsie, wobei Anfälle durch Spontanentladungen in hippocampalen Neuronen ausgelöst werden.
Amnesie
Bei einem Unfall mit Gehirnerschütterung oder einem epileptischen Anfall werden Gedächtnisinhalte von Ereignissen, die Sekunden bis Stunden vor dem Ereignis stattgefunden haben und noch nicht stabil ins Langzeitgedächtnis überführt worden sind, gelöscht - eine retrograde Amnesie (auf die Zeit vor dem Unfall bezogene Erinnerungslücke) entsteht. Für die Zeit nach dem Unfall besteht - bei einer Bewusstlosigkeit von einigen Stunden - eine anterograde Amnesie (auf die Zeit nach dem Unfall bezogene Erinnerungslücke), die über zwei folgende Tage andauern kann.
Die durch Alkoholmissbrauch hervorgerufene Korsakow-Krankheit und auch die Alzheimer-Demenz mit ihren Amnesien sind Folge von Läsionen im limbischen System. Hier sind die Schaltkreise, die vom Hippocampus zur Großhirnrinde führen, unterbrochen.
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Transiente globale Amnesie (TGA)
Die transiente globale Amnesie (TGA) ist ein plötzlicher Gedächtnisverlust, der in der Regel einen Zeitraum von 1 bis maximal 24 Stunden ohne weitere neurologische Defizite andauert. Die genauen Ursachen der TGA sind noch nicht vollständig geklärt, aber es wird vermutet, dass sie durch vorübergehende Durchblutungsstörungen oder fokale Läsionen im Hippocampus verursacht wird. Stress, Migräne oder die Einnahme bestimmter Medikamente werden als mögliche Auslöser diskutiert. konnte die Anatomie der TGA mittels hochauflösender MRT näher beleuchtet werden.
Alzheimer-Demenz
Schädigungen des Hippocampus, wie sie bei Alzheimer auftreten, beeinträchtigen bekanntermaßen das Erinnerungsvermögen. So finden sich schon frühzeitige Veränderungen bei einer Demenzerkrankung im Hippocampus.
Einfluss von Lebensumständen und Genetik
Reizvolle Lebensumstände halten den Hippocampus gewissermaßen jung. Ursache dafür sind molekulare Mechanismen, die die Gensteuerung betreffen. Diese aktuellen Befunde aus Studien an Mäusen liefern Hinweise dafür, warum ein aktives, abwechslungsreiches Leben helfen kann, die geistige Fitness im Alter zu bewahren.
Epigenetische Veränderungen
Altern, Lebensumstände und Verhalten beeinflussen bekanntermaßen diese Fähigkeit zur Genaktivierung. Das Phänomen - „Epigenetik“ genannt - stand im Fokus einer Studie, bei der Mäuse in unterschiedlichen Umgebungen aufgewachsen waren: Eine Tiergruppe erlebte von Jugend an eine „reizreiche“ Umwelt mit Spielsachen und Tunnelröhren. Bei Untersuchungen des Erbguts stellten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fest: Bei jenen Mäusen, die in der reizvollen Umgebung aufwuchsen, änderten sich bestimmte chemische Markierungen der DNA nur relativ wenig mit dem Alter. Bei Mäusen aus der reizarmen Umgebung waren diese Veränderungen - im Vergleich zwischen jungen und älteren Tieren - viel deutlicher ausgeprägt.
Methylierungsmuster
„Wir haben sogenannte Methyl-Gruppen erfasst, die sozusagen an der DNA kleben“, erläutert Gerd Kempermann. „Diese chemischen Anhänge verändern nicht die Erbinformation selbst. Solche „epigenetischen Markierungen“ nehmen mit dem Alter tendenziell ab, doch bei den Tieren mit reizreichen Lebensumständen war der Rückgang an Methyl-Gruppen vergleichsweise gering. Bei alten Mäusen aus einer abwechslungsreichen Umwelt war die Genaktivität also gewissermaßen jung geblieben. Das betraf insbesondere eine Reihe von Genen, die für die Neubildung von Nervenzellen und zellulären Verbindungen im Hippocampus von Bedeutung sind. „Diese Tiere behielten epigenetisch gesehen einen jüngeren Hippocampus“, so Kempermann.
Blutversorgung und kognitive Leistung
Wird das Gehirn gut mit Blut versorgt, profitieren davon die Gedächtnisleistung und weitere kognitive Fähigkeiten. Forschende des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) und der Universitätsmedizin Magdeburg haben herausgefunden, dass Studienteilnehmer, bei denen mindestens ein Hippocampus zweifach versorgt wurde, generell besser in Kognitionstests abschnitten. Diejenigen Probanden mit Mikroangiopathie, bei denen mindestens ein Hippocampus von zwei Blutgefäßen versorgt wurde, waren geistig fitter und profitierten von der doppelten Versorgung besonders.
Forschung und neue Erkenntnisse
Die Forschung konzentriert sich weiterhin auf die Entschlüsselung der komplexen Funktionen des Hippocampus und der Mechanismen, die seiner Aktivität zugrunde liegen.
HippoMaps: Multiskalen-Kartographie der Hippocampus-Organisation
Ein internationales Team von Wissenschaftler:innen hat im Rahmen des deutsch-kanadischen Projekts HIBALL (Helmholtz International BigBrain Analytics and Learning Laboratory) „HippoMaps“ entwickelt: eine frei zugängliche Software-Toolbox inklusive einer Online-Datenbank speziell 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.
Indusium griseum
Bislang gingen Anatomen davon aus, dass das Indusium griseum im Laufe der Entwicklung aus einer bestimmten Unterregion des Hippocampus entsteht, sozusagen ein ausgelagerter Teil davon ist. Forscherinnen und Forscher haben jedoch herausgefunden, dass das Indusium griseum eine gesonderte Unterregion des Hippocampus mit eigener Identität ist. Nach aktuellen Erkenntnissen sind die Neurone besonders resistent gegen neurodegenerative Erkrankungen.
Zelluläre Mechanismen hochfrequenter Rhythmen
Ein Forscherteam hat neue Erkenntnisse zu Mechanismen von Hippocampus-Rhythmen vorgelegt. Im Rahmen der Gedächtnisbildung arbeitet der Hippocampus als eine Art Zwischenspeicher des Gehirns. In Ruhephasen, wie beispielsweise im Schlaf, werden Informationen, die vorher aufgenommen wurden, verfestigt und zur endgültigen Speicherung in andere Hirngebiete weitergeleitet. Diese Funktion des Hippocampus ist an Rhythmen, sogenannte Oszillationen, gekoppelt. Eine Störung der Rhythmen im Hippocampus kann eine mögliche Ursache von krankhaften Zuständen wie Epilepsien, Schizophrenie oder Gedächtnisstörungen im Rahmen der Alzheimer-Erkrankung sein.
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