Die Funktion des präfrontalen Kortex (PFC) und des Hirnstamms

Der präfrontale Kortex (PFC), oft auch als "Stirnhirn" bezeichnet, ist die oberste Steuerungsinstanz des Gehirns. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung von Gedanken, Gefühlen und Emotionen und beherbergt das motorische Sprachzentrum. Der PFC ist maßgeblich an der Steuerung von Gedächtnisprozessen, Handlungsplanung, Impulskontrolle, Sozialverhalten und Antizipation von Konsequenzen beteiligt. Damit fungiert das Stirnhirn als Integrationszentrale.

Anatomie und Organisation des Gehirns

Um die Funktionen des PFC und des Hirnstamms besser zu verstehen, ist es hilfreich, sich die grundlegende Anatomie und Organisation des Gehirns anzusehen. Das Gehirn besteht aus dem Großhirn, dem Kleinhirn und dem Hirnstamm.

Das Großhirn (Cerebraler Kortex)

Der zerebrale Kortex, auch Großhirnrinde genannt, ist der größte und am weitesten entwickelte Teil des menschlichen Gehirns und des zentralen Nervensystems (ZNS). Er nimmt den oberen Teil der Schädelhöhle ein und besteht aus vier Lappen, die in zwei Hemisphären unterteilt sind, welche zentral durch das Corpus callosum verbunden sind. Die Rinde enthält erkennbare Gyri (Hirnwindungen), die durch Sulci (Furchen) getrennt sind. Die Großhirnrinde ist essentiell für das bewusste Erleben von Sinnesreizen und die Planung komplexer Aufgaben und Prozesse.

Die vier Lappen des Großhirns sind:

• Frontallappen (Stirnlappen): Der Frontallappen ist der am weitesten anterior/superior gelegene Teil des supratentoriellen Gehirns. Er ist an der Planung und Ausführung willentlicher Bewegungen beteiligt und beherbergt den präfrontalen Kortex (PFC), der für höhere kognitive Funktionen wie Aufmerksamkeit, Nachdenken, Entscheidung und Planung zuständig ist.
• Parietallappen (Scheitellappen): Der Parietallappen liegt posterior zum Frontallappen und superior zum Okzipitallappen. Er ist an Prozessen der Empfindung und des Sprachverständnisses beteiligt. Hier werden vor allem somatosensible Wahrnehmungen, d.h. Körperwahrnehmungen wie der Tastsinn, verarbeitet.
• Okzipitallappen (Hinterhauptslappen): Der Okzipitallappen ist der am weitesten posterior gelegene Lappen des supratentoriellen Gehirns. Er ist für die Verarbeitung visueller Informationen zuständig. Das primäre Sehzentrum verarbeitet die einkommenden Informationen aus der Netzhaut des Auges.
• Temporallappen (Schläfenlappen): Der Temporallappen ist der anteriore/inferiore Anteil des supratentoriellen Gehirns. Hier liegen die Hörrinde sowie assoziative Areale. Der Temporallappen spielt eine Rolle bei der Verarbeitung von auditorischen Informationen, dem Gedächtnis und der Erkennung von Objekten.

Der Hirnstamm

Der Hirnstamm steuert die grundlegenden Lebensfunktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck und Verdauung. Er ist der älteste Teil unseres Gehirns und wird manchmal auch als "Reptilienhirn" bezeichnet.

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Das Kleinhirn (Cerebellum)

Das Kleinhirn befindet sich in der hinteren Schädelgrube, dorsal des Pons und des Mittelhirns. Die Hauptbeteiligung des Kleinhirns besteht in der Koordination der Bewegungen. Es besteht aus 3 Lappen auf beiden Seiten seiner zwei Hemisphären und ist in der Mitte durch den Vermis verbunden.

Funktionen des präfrontalen Kortex (PFC) im Detail

Der präfrontale Kortex (PFC) ist der vorderste Teil des Frontallappens und spielt eine entscheidende Rolle bei höheren kognitiven Funktionen. Er ist mit nahezu allen Gehirngebieten direkt oder indirekt verbunden und kann aktivierend oder hemmend auf sie einwirken. Dem PFC können verschiedene - allerdings auch überlappende - Funktionen zugeordnet werden:

• Arbeitsgedächtnis: Der dorsolaterale PFC ist für das Arbeitsgedächtnis zuständig. Darüber hinaus wird hier das Geschichts- und Zukunftsbewusstsein angenommen.
• Handlungsplanung und Antizipation: Der dorsolaterale PFC ist ebenfalls für die Handlungsplanung und das Voraussehen der Folgen einer Handlung, also Antizipation, zuständig.
• Sozialverhalten: Der orbitale PFC ist für das Sozialverhalten zuständig. Er übt Kontrolle auf andere Hirnbereiche aus, um gegebenenfalls für die soziale Situation unpassende Handlungen zu unterdrücken. Damit übernimmt er auch die Kontrolle über Aggression und soziale Annäherung. Hier laufen visuelle und somatosensorische Informationen zusammen, um ein Gesamtbild der Situation zu generieren, aus der heraus Verhalten bestimmt wird.
• Gerichtete Aufmerksamkeit: Der orbitale PFC ist auch für die gerichtete Aufmerksamkeit zuständig.

Reifung des PFC

Die Reifung des PFC ist ein langwieriger Prozess, der erst im Alter von 18-20 Jahren abgeschlossen ist. Dadurch ist der PFC in den Jahren davor überaus plastisch, d.h. veränderbar. Dies hat den Vorteil, dass er sehr lernfähig ist. So kann sich ein Kind bzw. Jugendlicher den sozialen Regeln und Verhaltensweisen in seinem Umfeld anpassen und als Erwachsener ein passendes Sozialverhalten an den Tag legen.

Zusammenspiel von Hirnstamm und Großhirn

In Stresssituationen kann das Stammhirn das Großhirn überlagern und zu instinktiven Reaktionen führen. Das Stammhirn bedient sich genetisch vorbestimmter Verhaltensweisen, die der Arterhaltung und dem Überleben jedes Einzelnen dienen. Es repräsentiert eine Art Kontrollzentrum für unbewusste, gefühllose und roboterähnliche Programme, die eher einem Reptilienverhalten ähneln.

Der präfrontale Kortex (PFC) hingegen ist für den Mut Neues auszuprobieren, für die Risikobereitschaft und Experimentierfreudigkeit, für die Fähigkeit Abzuwägen und für Lösungen anstelle von Schwarzmalerei, zuständig. Wenn wir lernen, von dieser Großhirnfunktion zeitnah Gebrauch zu machen, werden sich unsere Reaktionen auf negative Einflüsse neutralisieren.

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Klinische Bedeutung

Schädigungen des PFC können zu verschiedenen Störungen führen, die als Frontallappensyndrom zusammengefasst werden. Dazu gehören:

• Pseudo-depressive Störungen: Antriebslosigkeit, Apathie, reduziertes sexuelles Verhalten, wenig Emotion.
• Pseudo-psychopathische Störungen: Motorische Unruhe, Distanzlosigkeit, Hemmungslosigkeit, übermäßiges sexuelles Verlangen.

Ein Ausfall des Wernicke-Sprachzentrums führt zu einem Unverständnis von Sprache. Der Betroffene kann zwar noch hören, versteht aber nicht, was gesagt wird. Ein Geräusch (z.B. eine zuschlagende Tür) kann dem Gegenstand oder der Ursache nicht mehr zugeordnet werden. Fällt hingegen das Broca-Sprachzentrum aus, bleibt das Sprachverständnis erhalten.

Gedächtnisfunktionen und der PFC

Bei der Einspeicherung sprachlichen Materials ist der dorsolaterale Frontalcortex und benachbarte Brodman-Areale aktiviert. Außerdem sind mediale Teile des Temporallappens mit dem parahippocampalen Cortex aktiviert. Die Strukturen, die bei den Funktionen des Kurzzeitgedächtnis/Arbeitsgedächtnis eine Rolle spielen, befinden sich im Präfrontalen Cortex. So wird der dorsolaterale Präfrontale Cortex als Sitz der zentralen Exekutive diskutiert. Die phonologische Schleife wird im linken ventrolateralen PFC vermutet und der räumlich-visuelle Notizblock im rechten ventrolateralen Cortex.

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