Das Gehirn, die oberste Schaltzentrale des menschlichen Körpers, verarbeitet bewusst und unbewusst wahrgenommene Sinneseindrücke. Es ermöglicht Integration und Koordination und ist durch den knöchernen Schädel geschützt. Um seine komplexen Funktionen zu verstehen, ist es wichtig, die verschiedenen Kerngebiete und ihre spezifischen Aufgaben zu kennen.
Gliederung des Gehirns
Das Gehirn lässt sich in verschiedene Hauptabschnitte unterteilen, die wiederum Unterabteilungen und spezifische Bestandteile aufweisen.
- Prosencephalon (Vorderhirn)
- Telencephalon (Endhirn/Großhirn): Großhirnrinde, subkortikale Kerne, limbisches System
- Diencephalon (Zwischenhirn): Epithalamus, Thalamus, Hypothalamus, Hypophyse
- Mesencephalon (Mittelhirn): Pedunculi cerebri, Tectum mesencephali
- Rhombencephalon (Rautenhirn)
- Metencephalon (Hinterhirn): Pons (Brücke) + Cerebellum (Kleinhirn)
- Myelencephalon (Nachhirn): Medulla oblongata (verlängertes Mark)
Thalamus: Das Tor zum Bewusstsein
Der Thalamus, auch als Sehhügel bekannt, ist ein Kerngebiet des Zwischenhirns und fungiert als Sammelstelle für fast alle Sinneseindrücke (mit Ausnahme des Geruchssinns). Diese Sinneseindrücke werden auf dem Weg zur Großhirnrinde im Thalamus umgeschaltet. Er empfängt Eindrücke des Sehens, Hörens, Fühlens sowie der Temperatur- und Schmerzempfindung. Aufgrund seiner zentralen Rolle wird der Thalamus auch als "Tor zum Bewusstsein" bezeichnet.
Lage und Aufbau des Thalamus
Der Thalamus liegt tief in der Mitte des Gehirns, im Zwischenhirn. Er besteht aus zwei Hälften, einer linken und einer rechten, die jeweils etwa die Größe einer Walnuss haben und miteinander verbunden sind (Adhaesio interthalamica). Zwischen den beiden Hälften verläuft der dritte Ventrikel, ein mit Nervenwasser gefüllter Hohlraum. Seitlich des Thalamus befindet sich die Capsula interna, eine Art "Straße" im Gehirn, die Signale und Informationen transportiert. Die Vorderseite des Thalamus ist mit dem Hypothalamus verwachsen.
Der Thalamus besteht aus grauer und weißer Substanz. Die graue Substanz ist durch dünne Blätter aus weißer Substanz in zahlreiche Kerne unterteilt, die Thalamuskerne. Diese Kerne beherbergen wiederum kleinere Kerne und Areale mit verschiedenen Funktionen. Am vorderen Pol des Thalamus befinden sich die vorderen Kerne (Nuclei anteriores thalami), während der hintere Pol das Polster (Pulvinar thalami) bildet. Seitlich des Pulvinar liegt das Corpus geniculatum laterale (seitlicher Kniehöcker), und unterhalb der Vorderkante des Pulvinar befindet sich das Corpus geniculatum mediale (mittlerer Kniehöcker).
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Der Thalamus besitzt eine Thalamus-Strahlung (Radiationes thalamicae), auch Stabkranz genannt, die aus Faserzügen besteht, die den Thalamus mit der Großhirnrinde verbinden.
Funktion des Thalamus
Der Thalamus fungiert als Filter und Verteiler eingehender Informationen. Er entscheidet, welche Sinneseindrücke aus der Umwelt und dem Organismus ins Bewusstsein gelangen und an die entsprechenden Verarbeitungszentren weitergeleitet werden. Alle Sinneseindrücke des Fühlens, Sehens und Hörens (jedoch nicht des Riechens) werden über den Thalamus vermittelt.
- Somatosensible und sensorische Bahnen: In den mittleren und hinteren Kerngruppen der Thalamuskerne werden alle somatosensiblen und sensorischen Bahnen (mit Ausnahme der Riechbahnen) umgeschaltet, die aus der Peripherie kommen und zur Großhirnrinde ziehen.
- Seh- und Höreindrücke: Seh- und Höreindrücke werden in Kernen des Metathalamus (Corpus geniculatum laterale und mediale) auf ihrem Weg zur Seh- und Hörrinde umgeschaltet.
- Motorische Funktionen: Die Erregung der vorderen Kerngruppen der Thalamuskerne erfolgt über das Pallidum, das Kleinhirn und das Mittelhirn. Diese Thalamuskerne stehen mit der motorischen und prämotorischen Rinde in Verbindung und können Bewegungsabläufe beeinflussen.
- Emotionale Empfindungen: Affektive und triebhafte Erregungen sowie emotionale Empfindungen werden in den Thalamuskernen umgeschaltet und in die zugehörigen Rindenareale weitergeleitet.
- Geschmacksinformationen: Geschmacksinformationen werden über den Geschmackskern zusammengeführt und über den Thalamus an die Geschmacksrinde weitergegeben.
Probleme, die der Thalamus verursachen kann
Das Thalamussyndrom (Déjerine-Roussy-Syndrom) entsteht, wenn ein Blutgerinnsel ein wichtiges Gefäß des Thalamus verstopft (Thrombose). Dies führt zu einem Ausfall des Thalamus mit Seh- und Empfindungsstörungen, Halbseitenblindheit (Hemianopsie), einer starken Erregbarkeit der Reflexe sowie einer herabgesetzten Sensibilität der Haut und einer Störung der Tiefensensibilität.
Allgemein deuten sensible Störungen mit einer herabgesetzten Sensibilität, Überempfindlichkeit gegenüber allen Sinnesreizen, Gefühlsstörungen und heftigen zentralen Schmerzen auf der der Störung gegenüberliegenden Seite auf Störungen in dieser Hirnregion hin.
Auch motorische Störungen mit einer starren Gesichtsmuskulatur und Hyperkinesien (Zwangsbewegungen der Hände und der Finger) sowie psychische Störungen mit Minderung der Aufmerksamkeit, Reizbarkeit, Ungeduld und Schreckhaftigkeit können durch eine Schädigung oder Erkrankung im Bereich des Thalamus verursacht werden.
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Hirnstamm: Verbindung zwischen Gehirn und Rückenmark
Der Hirnstamm ist der vom Großhirn überlagerte Bereich des Gehirns unterhalb des Zwischenhirns. Er bildet die Schnittstelle zwischen dem übrigen Gehirn und dem Rückenmark und ist für essenzielle Lebensfunktionen zuständig.
Aufbau des Hirnstamms
Der Hirnstamm besteht aus drei Hauptteilen:
- Mittelhirn (Mesencephalon): Der kleinste Hirnabschnitt.
- Brücke (Pons): Ein kräftiger weißer Wulst an der Hirnbasis über der Medulla oblongata, der durch den Kleinhirnstiel mit dem Kleinhirn verbunden ist.
- Verlängertes Mark (Medulla oblongata): Bildet den Übergang zum Rückenmark.
Brücke und Kleinhirn werden auch als Metencephalon (Hinterhirn) bezeichnet. Zusammen mit dem Myelencephalon (verlängertes Mark) bilden sie das Rautenhirn (Rhombencephalon).
Funktion des Hirnstamms
Der Hirnstamm leitet aufsteigende und absteigende Informationen überkreuz weiter, sodass die rechte Gehirnhälfte für die linke Körperhälfte zuständig ist und umgekehrt. Er steuert essenzielle Lebensfunktionen wie Herzfrequenz, Blutdruck und Atmung und ist für wichtige Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- und Hustenreflex verantwortlich. Auch der Schlaf und die verschiedenen Schlaf- und Traumphasen werden hier kontrolliert.
Innerhalb der Brücke verläuft die Pyramidenbahn, die Verbindung zwischen dem motorischen Kortex und dem Rückenmark, die für willkürlich-motorische Signale wichtig ist. Über den Pons werden diese Signale, die von der Großhirnrinde kommen, ins Kleinhirn weitergeleitet.
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Der Hirnstamm ist von der Formatio reticularis durchzogen, einer netzartigen Struktur aus Nervenzellen und ihren Fortsätzen. Sie ist an verschiedenen vegetativen Funktionen beteiligt, etwa an der Steuerung der Aufmerksamkeit und des Wachheitszustandes, sowie an der Kontrolle von Kreislauf, Atmung und Erbrechen.
Probleme, die der Hirnstamm verursachen kann
Schädigungen des Hirnstamms führen zu Hirnstamm-Syndromen, die meist durch den Ausfall von Hirnnerven gekennzeichnet sind. Je nach Höhe der Läsion (Mittelhirn, Pons oder verlängertes Mark) fallen die Funktionen verschiedener Nerven aus. Bei unvollständigen Hirnstamm-Läsionen können die Symptome auf der gleichen oder auf der gegenüberliegenden Körperseite auftreten.
Wenn Nervenbahnen, die innerhalb des Hirnstamms zu weiter abwärts gelegenen Hirnnervenkernen führen, beidseitig geschädigt sind, entsteht eine Pseudobulbärparalyse. Die wichtigsten Symptome sind Sprech- und Schluckstörungen, beeinträchtigte Zungenbeweglichkeit und Heiserkeit.
Ein Hirnstamm-Infarkt kann Areale betreffen, die für das Bewusstsein oder die Atmung von Bedeutung sind und ist in einem solchen Fall lebensbedrohend.
Medulla oblongata: Übergang zum Rückenmark
Die Medulla oblongata, auch als verlängertes Mark bezeichnet, bildet den Übergang vom Rückenmark zum Hirnstamm. In diesem Bereich befinden sich zahlreiche wichtige Kerngebiete.
Struktur und Funktion der Medulla oblongata
Die Medulla oblongata enthält zahlreiche Kerne und Kerngebiete, die Neurone zwischen Gehirn und Rückenmark umschalten, Hirnnervenkerne versorgen und wichtige Zentren für Atmung oder Erbrechen beherbergen. Sie ist der unterste Abschnitt des Hirnstamms.
An der Rückseite der Medulla oblongata befinden sich zwei Höcker rechts und links, die die Position des Nucleus gracilis und des Nucleus cuneatus verraten. Dort enden die Hinterstrangfasern des Rückenmarks, die Informationen über Druck und Temperatur liefern. Von vorn sind die Pyramiden sichtbar, die der Pyramidenbahn ihren Namen verleihen. Knapp unterhalb dieser Pyramiden liegt die Pyramidenbahnkreuzung, wo 90 Prozent der Fasern von rechter und linker Pyramidenbahn die Seite wechseln. Seitlich davon liegen die Oliven, ein Komplex von Kernen, der die Schnittstelle von den motorischen Arealen des Großhirns zum Kleinhirn bildet und entscheidend für Koordination und Feinabstimmung präziser Bewegungen ist.
In der Medulla oblongata liegen diverse Hirnnervenkerne, wie der Nucleus tractus solitarii, der Projektionsort von drei Hirnnerven ist und vielfältige Aufgaben hat, darunter die Steuerung der Einatmung, des Hustenreflexes und die zentrale Position auf der Geschmacksbahn. Hier beginnt auch die Formatio reticularis, ein Netz aus Nervenkernen, das sich durch den gesamten Hirnstamm zieht.
Substantia nigra: Motorisches Zentrum und Belohnungssystem
Die Substantia nigra ("schwarze Substanz") ist ein Kernkomplex im Mittelhirn mit einem hohen Gehalt an Eisen und Melanin. Sie ist ein bedeutendes motorisches Zentrum und spielt eine tragende Rolle bei der Initiation und Steuerung von Bewegungen. Dopamin dient als wichtigster Neurotransmitter innerhalb der Substantia nigra.
Aufbau und Funktion der Substantia nigra
Die Substantia nigra befindet sich hinter den Hirnschenkeln und besteht aus zwei Komponenten:
- Pars compacta: Enthält dicht gelagerte Neuronen, reich an Melanin.
- Pars reticulata: Rötlich, hoher Eisengehalt.
Die Substantia nigra ist in das extrapyramidale motorische System eingegliedert, wo ihr eine Starterfunktion zukommt. Sie ist hauptsächlich an der Anregung und Planung von Bewegungen beteiligt. Darüber hinaus kommt der Substantia nigra auch beim Lernen sowie beim Suchtverhalten eine bedeutende Rolle zu. Bei angenehmen Empfindungen werden dopaminerge Neuronen aktiviert, die am Belohnungskreislauf teilnehmen.
Morbus Parkinson und die Substantia nigra
Die bekannteste Krankheit, die in direktem Zusammenhang mit der Substantia nigra steht, ist der Morbus Parkinson. Die Erkrankung wird durch einen Mangel an Dopamin hervorgerufen, der entsteht, wenn die dopaminergen Nervenzellen der schwarzen Substanz im Gehirn absterben.
Basalganglien: Regulation der Willkürmotorik
Die Basalganglien sind subkortikale Kerngebiete, die als Teil des motorischen Systems an der Initiation und Modulation von Bewegungen sowie der Regulation des Muskeltonus beteiligt sind. Sie werden zum extrapyramidal-motorischen System (EPMS) gerechnet und bilden komplexe Schleifen zur Beeinflussung des motorischen Kortex.
Bestandteile der Basalganglien
Zu den Basalganglien gehören:
- Striatum: Nucleus caudatus (Schweifkern), Putamen (Schalenkern) und Nucleus accumbens
- Globus pallidus: Inneres und äußeres Segment
- Substantia nigra
- Nucleus subthalamicus
Funktion der Basalganglien
Die Basalganglien dienen der Initiation und Termination willkürmotorischer Akte und beherbergen einen Teil des motorischen Gedächtnisses. Störungen der Funktion der Basalganglien gehen mit globalen motorischen Defiziten einher. Die Basalganglien üben ihre regulatorischen Einflüsse auf das motorische System nicht direkt aus, sondern über eine neuronale Schleife, die sie mit dem Thalamus und dem motorischen Kortex verbindet.
Erkrankungen der Basalganglien
Die "paradigmatische" Basalganglienerkrankung ist der Morbus Parkinson, der sich durch erhöhten Muskeltonus, Bewegungsarmut, verlangsamte und wenig raumgreifende Bewegungen sowie Tremor auszeichnet. Eine vererbbare Erkrankung, die wie der Morbus Parkinson eine Multisystemerkrankung des Zentralnervensystems mit "Bewegungsausbrüchen" darstellt, ist Chorea Huntington.
Weitere wichtige Kerngebiete des Gehirns
Neben den bereits genannten Kerngebieten gibt es weitere wichtige Strukturen im Gehirn, die spezifische Funktionen erfüllen:
- Limbisches System: Steuerung des affektiven Verhaltens, Emotionen, Lernen und Gedächtnis.
- Hippocampus: Wichtige Schaltstation des limbischen Systems, beteiligt an der Gedächtnisbildung.
- Amygdala: Bewertung von Sinneseindrücken, emotionale Gedächtnisbildung, Kontrolle des vegetativen Systems.
- Hypothalamus: Vegetative Kontrollen, Verbindung zwischen ZNS und Hormonsystem.
- Epiphyse: Endokrine Drüse, zirkadianer Rhythmus.
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