Primärer sensorischer Cortex: Funktion, Organisation und Plastizität

Der primäre sensorische Cortex ist ein entscheidender Bereich des menschlichen Gehirns, der eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Sinnesinformationen spielt. Er ermöglicht es uns, die Welt um uns herum zu erfahren und zu interpretieren, von einfachen Berührungen bis hin zu komplexen räumlichen Wahrnehmungen. Dieser Artikel beleuchtet die Funktion, Organisation, Plastizität und klinische Bedeutung des primären sensorischen Cortex.

Einführung in den sensorischen Cortex

Der sensorische Cortex, auch somatosensorischer Cortex genannt, ist ein Teil der Großhirnrinde, der für die Verarbeitung sensorischer Reize aus dem gesamten Körper verantwortlich ist. Er befindet sich im Parietallappen, direkt hinter dem Sulcus centralis, der ihn vom motorischen Cortex trennt. Der sensorische und motorische Cortex verlaufen parallel zueinander und werden zusammen häufig als sensomotorischer Cortex bezeichnet.

Organisation des primären somatosensorischen Cortex

Der primäre somatosensorische Cortex (S1) ist der erste Bereich des sensorischen Cortex, der Informationen von den Sinnesrezeptoren im Körper empfängt. Er ist somatotopisch organisiert, was bedeutet, dass verschiedene Bereiche des Cortex für die Verarbeitung von Informationen aus bestimmten Körperregionen zuständig sind. Diese Organisation wird durch den sensorischen Homunkulus veranschaulicht, eine "Karte" des Körpers, die auf der Oberfläche des Cortex abgebildet ist.

Der sensorische Homunkulus

Der sensorische Homunkulus ist eine verzerrte Darstellung des menschlichen Körpers, bei der die Größe der einzelnen Körperteile proportional zur Anzahl der sensorischen Rezeptoren in diesem Bereich und der Größe des entsprechenden Cortexareals ist. Körperteile mit einer hohen Rezeptordichte, wie Hände, Lippen und Gesicht, haben im Homunkulus eine überproportional große Darstellung, während weniger empfindliche Bereiche, wie der Rumpf, kleiner dargestellt sind. "Je größer ein Körperteil repräsentiert ist, umso empfindlicher ist es auch", erklärt Herta Flor, Psychologin am Zentralinstitut für Seelische Gesundheit in Mannheim. Der Grund hierfür: Ist im Gehirn ein großes Rindenareal für ein Körperteil zuständig, können die Reize dieses Gliedes, etwa der feinfühligen Finger, besonders genau registriert werden.

Funktionelle Bereiche des primären somatosensorischen Cortex

Der primäre somatosensorische Cortex besteht aus mehreren funktionellen Bereichen, die jeweils für die Verarbeitung unterschiedlicher Arten von sensorischen Informationen zuständig sind:

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• Areal 3a: Empfängt Informationen von Propriozeptoren, die für die Wahrnehmung der Körperposition und -bewegung verantwortlich sind.
• Areal 3b: Verarbeitet Informationen von Hautrezeptoren, die für die Wahrnehmung von Berührung, Druck und Vibration zuständig sind.
• Areal 1: Verarbeitet Informationen über Textur und Form von Objekten.
• Areal 2: Integriert Informationen aus Areal 1 und 3b, um ein vollständiges Bild der taktilen Umgebung zu erstellen.

Plastizität des primären somatosensorischen Cortex

Früher ging man davon aus, dass die Organisation des sensorischen Cortex angeboren und unveränderlich sei. Doch inzwischen ist klar, dass diese Karten nicht starr sind: Die Zellgebiete bestimmter Körperteile können sich vergrößern und verkleinern, verschieben oder gar verschwinden. Der Homunkulus ist flexibel. Der sensorische Cortex ist in der Lage, sich als Reaktion auf Erfahrungen und Veränderungen in der sensorischen Umgebung neu zu organisieren. Diese Fähigkeit wird als Plastizität bezeichnet und ermöglicht es dem Gehirn, sich an neue Anforderungen anzupassen und verlorene Funktionen wiederherzustellen.

Experimentelle Belege für Plastizität

Der amerikanische Wissenschaftler Michael Merzenich konnte das schon in den 80er-Jahren in Versuchen mit Affen zeigen. Er durchtrennte den Nervus medianus, der unter anderem die Informationen des Tastsinns von Daumen und Zeigefinger an das Gehirn leitet. Zwei Monate später untersuchte er die Gehirne der Affen und stellte fest: Der Bereich der Hirnrinde, der die Informationen von Daumen und Zeigefinger verarbeitet hatte, hatte eine neue Aufgabe: Nun verarbeitete er unter anderem Informationen, die vom kleinen Finger und Ringfinger kamen und über den Nervus radialis an das Gehirn geleitet wurden. “Dass das Gehirn sich einfach so neu organisierte, widersprach den gängigen Theorien”, sagt Merzenich. Weitere Experimente bestätigten Merzenichs Verdacht: Affen, denen zwei Finger zusammengebunden wurden, zeigten nach einigen Monaten nur noch ein Gehirnareal, in dem beide Finger gleichermaßen aktiviert wurden, so als seien die Zellgebiete, welche die Finger kontrollieren, miteinander verschmolzen. Bei Menschen, die mit zusammengewachsenen Fingern geboren wurden und diese durchtrennen ließen, zeigte sich das Gegenteil: Dort teilte sich das Hirnareal, das beide Finger erregt hatte, in zwei getrennte, eines für jeden Finger. “Es konnte dafür nur eine Erklärung geben: Das Gehirn ist ungeheuer anpassungsfähig und die Karten darin können sich verändern”, sagt Merzenich.

Beispiele für Plastizität beim Menschen

• Musiker: Menschen, die regelmäßig Klavier spielen, haben zum Beispiel größere Hirnareale für die Bewegung der Finger.
• Blinde: Blinde, die das Lesen der Brailleschrift beherrschen, indem sie mit ihren Fingerkuppen die verschiedenen Punktkombinationen ertasten, haben einen größeren Finger-Bereich in der sensorischen Rinde.
• Amputierte: Nach Amputationen übernimmt das Areal, das dem abgetrennten Körperteil zugeordnet war, neue Aufgaben.

Konsequenzen der Plastizität

Die Plastizität des sensorischen Cortex hat sowohl positive als auch negative Konsequenzen. Einerseits ermöglicht sie die Anpassung an neue Situationen und die Wiederherstellung von Funktionen nach Verletzungen. Andererseits kann sie auch zu unerwünschten Effekten führen, wie z.B. Phantomschmerzen nach Amputationen.

Klinische Bedeutung des primären somatosensorischen Cortex

Schädigungen des primären somatosensorischen Cortex können zu einer Vielzahl von sensorischen Defiziten führen, abhängig von der Lokalisation und dem Ausmaß der Schädigung. Zu den häufigsten Symptomen gehören:

• Sensibilitätsverlust: Verminderte oder fehlende Fähigkeit, Berührung, Schmerz, Temperatur oder Vibration wahrzunehmen.
• Taktile Agnosie: Unfähigkeit, Objekte durch Berührung zu erkennen, obwohl die grundlegende sensorische Wahrnehmung intakt ist.
• Stereoagnosie: Unfähigkeit, die Form und Textur von Objekten durch Betasten zu erkennen.
• Phantomschmerzen: Schmerzen, die sich anfühlen, als kämen sie von einem amputierten Körperteil.

Phantomschmerzen

Menschen, denen Gliedmaßen amputiert wurden, berichten in etwa der Hälfte aller Fälle von Schmerzen, die sich anfühlen, als kämen sie von dem abgetrennten Körperteil. In einem Experiment an 13 Amputierten fand Flor heraus, dass der Schmerz umso größer war, je stärker sich die Karten im Gehirn durch die Amputation verändert hatten, je stärker also die überflüssig gewordenen Hirnareale andere Aufgaben übernommen hatten. Zwar handelte es sich „nur“ um eine Korrelationsstudie, dennoch ist Flor überzeugt: „Es gibt einen direkten Zusammenhang zwischen diesen Veränderungen und den Phantomschmerzen”. Erregungen scheinen sich im Cortex der Phantomschmerz-Patienten leichter auszubreiten - das heißt, die veränderten Gehirnareale sind überreagibel und hyperplastisch. Dadurch werden falsch angepasste Verschiebungen im Cortex weiter begünstigt. Gleichzeitig besteht ein Ungleichgewicht von hemmenden und Mechanismen und erleichterter Reizleitung im Cortex. Möglicherweise entstehen so auch Phantomschmerzen.

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Therapeutische Anwendungen

Die Erkenntnis, dass der sensorische Cortex plastisch ist, hat zu neuen therapeutischen Ansätzen zur Behandlung von sensorischen Defiziten und chronischen Schmerzen geführt. Dazu gehören:

• Sensomotorisches Training: Übungen, die darauf abzielen, die sensorische und motorische Funktion zu verbessern, indem sie die Plastizität des Gehirns nutzen.
• Spiegeltherapie: Eine Technik, bei der Patienten in einen Spiegel schauen, der das Spiegelbild einer gesunden Gliedmaße als die des amputierten Körperteils erscheinen lässt. Dies kann helfen, Phantomschmerzen zu reduzieren und die Funktion der verbleibenden Gliedmaße zu verbessern.
• Neurofeedback: Eine Methode, bei der Patienten lernen, ihre Gehirnaktivität in Echtzeit zu überwachen und zu beeinflussen. Dies kann verwendet werden, um die sensorische Verarbeitung zu verbessern und Schmerzen zu reduzieren. Eine der bedeutendsten Gehirnwellen, der Sensory Motor Rhythm (SMR) erhielt seinen Namen von diesem Kortex. Barry Sterman, einer der wichtigsten Pioniere des Neurofeedback und einer der großen Wegbereiter der modernen Gehirnforschung trainierte seine an Epilepsie leidende Mitarbeiterin Margaret Fairbanks darauf, SMR entlang des sensomotorischen Kortex bewusst zu erhöhen. Sie war die erste Epilepsiepatientin, die Neurofeedbacktraining zur Erzeugung von SMR erhielt. Sie war in vielfältiger Weise auch die erste Erfolgsgeschichte in Hinblick auf die Nutzung der besonderen Eigenschaften des sensomotorischen Kortex zu therapeutischen Zwecken, denn nach kurzer Zeit war sie frei von epileptischen Anfällen und konnte nach einer langen Zeit des Leidens wieder ein freies Leben führen.

Der sensomotorische Kortex und Hypnose

Die Erkenntnis, dass die Abbildung des menschlichen Körpers im Gehirn wandelbar ist, ist inzwischen fest verankert. Der sensomotorische Kortex gilt als eines der wichtigsten Gehirnareale für die Hypnose und wird häufig als Ausgangspunkt zur Erzeugung einer hypnotischen Trance genutzt. Neben der Hypnose nutzt auch eine Vielzahl anderer Entspannungsmethoden wie bspw. die Progressive Muskelentspannung (PMR) nach Jacobson oder das Autogene Training nach J.H. Schultz die besonderen Eigenschaften des sensomotorischen Kortex um Tiefenentspannungszustände auszulösen. Viele neurologisch orientierte Hypnose-Experten sehen in ihm sogar den zentralen Dreh- und Angelpunkt für die Hypnose schlechthin. Viele Hypnose-Induktionen und Anwendungen der TherMedius Hypnose-Ausbildung wurden ganz gezielt auf die Ansteuerung des sensomotorischen Kortex bzw. einzelner wichtiger Teilbereiche abgestimmt, um eine höchstmögliche therapeutische Effizienz zu erzielen.

Weitere Funktionen des sensomotorischen Kortex

Jedoch hat der sensomotorische Kortex noch weitere Funktionen. Ratex erklärte, dass der motorische Kortex dem cerebralen Kortex dabei hilft, physikalische und kognitive Aufgaben zu enkodieren. Er stellte fest, dass die "Schaltkreise des Gehirns, die genutzt werden, um eine mentale Aufgabe zu ordnen und zu strukturieren die selben sind, die auch genutzt werden, um körperliche Aufgaben zu ordnen und zu strukturieren" (!). Das bedeutet, dass der somatosensorische Kortex sowohl physische als auch mentale Prozesse steuert. Er steuert weit mehr als nur sensorische und motorische Funktionen. Deshalb können Klienten, die Probleme mit der Strukturierung kognitiver Abläufe haben von einer Behandlung entlang des sensomotorischen Kortex auf der linken Hemisphäre profitieren (repräsentiert durch den 10-20-Ableitpunkt C3). Eine Behandlung entlang des sensomotorischen Kortex der rechten Hemisphäre (entsprechend C4) kann körperliche Gefühle, Emotionen oder Gelassenheit steigern. Training in der Mitte (Cz) kann eine Mischung aus beidem bringen.

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