Gehirn Entwicklungsgeschichte

Hauptabschnitte des Gehirns – Entwicklungsgeschichte

• Das Gehirn entsteht aus dem Neuralrohr, das sich in verschiedene Abschnitte gliedert
• Vorderhirn (Prosencephalon) entwickelt sich zum Telencephalon und Diencephalon
• Mittelhirn (Mesencephalon) bleibt eine eigenständige Struktur
• Rautenhirn (Rhombencephalon) entwickelt sich zu Metencephalon und Myelencephalon
• Der Hirnstamm umfasst ältere Strukturen wie Mittelhirn, Metencephalon und Myelencephalon und steuert grundlegende Körperfunktionen

Myelencephalon (Medulla oblongata)

• Befindet sich im Hirnstamm
• Enthält die Formatio reticularis, eine eigenständige Struktur im Gehirn, die nicht direkt einem Hirnabschnitt zugeordnet ist, sondern Gehirnareale verbindet

Funktionelle Einteilung der Formatio reticularis

• Kaudale Formatio reticularis steuert Inspiration, Exspiration, Schlucken, Atmung, Blutdruck, Erbrechen und Blasenentleerung
• Rostrale Formatio reticularis umfasst das aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem (ARAS) zur Steuerung von Wachheit und Aufmerksamkeit, auditive Verarbeitung sowie Gleichgewicht und Augenbewegungen
• Sie steuert auch Kaubewegungen, Saugen und Lecken

Metencephalon (Hinterhirn)

• Der Pons verbindet Gehirnareale und überträgt motorische Informationen
• Das Cerebellum koordiniert und feinabstimmt Bewegungen, vergleicht Efferenz- mit Afferenzkopien und steuert Sequenzierung und Timing.

Mesencephalon (Mittelhirn)

• Das Tectum (Dach) beinhaltet Colliculi superiores für visuelle Reflexe und Colliculi inferiores für auditive Verarbeitung
• Das Tegmentum enthält das zentrale Höhlengrau zur Schmerzregulation, die Substantia nigra mit dopaminproduzierenden Neuronen zur Bewegungssteuerung (beeinträchtigt bei Parkinson) und den Nucleus ruber zur motorischen Kontrolle

Diencephalon (Zwischenhirn)

• Der Thalamus filtert sensorische Signale zum Kortex und enthält Corpus geniculatum laterale (Sehen), Corpus geniculatum mediale (Hören) und Nucleus ventralis posterior (Sensorik)
• Der Hypothalamus steuert das autonome Nervensystem, Hormone, verbindet sich mit der Hypophyse, steuert Gedächtnis (Mammillarkörper) sowie Nahrungsaufnahme und Sättigung (Nucleus ventromedialis)
• Der Epithalamus beinhaltet die Epiphyse zur Melatoninproduktion und die Habenula als Teil des Belohnungssystems.

Hypophysensteuerung

• Der Hypophysenvorderlappen produziert eigene Hormone und wird durch Releasing- und Inhibiting-Hormone des Hypothalamus gesteuert
• Der Hypophysenhinterlappen gibt vom Hypothalamus produzierte Hormone ab und wird durch direkte neuronale Verbindung gesteuert
• Der Transport erfolgt über das hypophysäre Pfortadersystem (Vorderlappen) oder Axone neuroendokriner Zellen (Hinterlappen)
• Der Hypothalamus steuert die Hormonausschüttung indirekt (Vorderlappen) bzw. direkt (Hinterlappen)
• Beispiele sind ACTH, TSH, LH, FSH, Prolaktin und Wachstumshormon (Vorderlappen) sowie ADH (Vasopressin) und Oxytocin (Hinterlappen)

Telencephalon (Endhirn)

• Das Pallium (Mantel) umfasst Hippocampus (Lernen, Gedächtnis, räumliche Orientierung), Amygdala (emotionale Verarbeitung, Angst) und den zerebralen Kortex (höhere kognitive Funktionen)
• Das Subpallium beinhaltet Striatum und Globus pallidus zur Bewegungskontrolle

Cerebraler Cortex (Hirnrinde)

• Starke Faltung vergrößert die Oberfläche
• Fissuren sind tiefe Furchen (z. B. Fissura longitudinalis), Sulci sind flachere Furchen, Gyri sind Windungen
• Es gibt Hemisphärenlappen, inklusive Frontal-, Parietal-, Temporal- und Occipitallappen
• Der Corpus callosum (Balken) verbindet die Hemisphären

Funktionale Areale des Cortex

• Der primäre sensorische Kortex verarbeitet sensorische Signale
• Der primäre motorische Kortex steuert Bewegungen
• Der Assoziationskortex integriert Informationen
• Der somatosensorische Kortex ermöglicht Berührungsempfindungen (Homunculus)

Präfrontaler Cortex

• Steuert exekutive Funktionen, beeinflusst Persönlichkeit und Entscheidungsfindung
• Läsionen führen zu kognitiven und emotionalen Veränderungen
• dmPFC ist zuständig für Entscheidungen, soziale Kognition, Selbstwahrnehmung und Emotionsregulation
• dACC überwacht Fehler, verarbeitet Konflikte, steuert Aufmerksamkeit und Handlungskontrolle, moduliert Schmerzempfinden und ist Teil des Belohnungssystems
• vmPFC bewertet Emotionen, steuert Belohnung und Bestrafung (limbisches System), kontrolliert Angst und Impulse, steuert soziales Verhalten

Limbisches System

• Steuert Emotionen und Motivation
• Wichtige Strukturen sind Hippocampus (Gedächtnis), Amygdala (Emotionen), Mammillarkörper (Gedächtnisverbindung), Septum (emotionale Regulation) und Gyrus Cinguli (Schaltzentrale Emotionen, Gedächtnis, Aufmerksamkeit)
• Es ist an der Steuerung von Emotionen, Motivation, Lernen und Gedächtnis beteiligt

Wichtige Faserverbindungen

• Der Fornix verbindet als Fasersystem im limbischen System Hippocampus mit Mammillarkörpern und Thalamus, ist wichtig für Gedächtnisbildung und Teil des Papez-Kreises
• Die Stria terminalis ist eine Faserbahn zwischen Amygdala und Hypothalamus, leitet emotionale und stressbezogene Informationen weiter und verbindet autonome und hormonelle Prozesse
• Der Nucleus striae terminalis ist ein Kerngebiet entlang der Stria terminalis, ist an Angst- und Stressreaktionen beteiligt und reguliert hormonelle Reaktionen über den Hypothalamus

Insula

• Phylogenetisch alt und von anderen Hirnlappen überdeckt
• Verarbeitet interozeptive Signale (Körperwahrnehmung), integriert Emotionen und autonome Funktionen und ist viszerosensorisch

Viszerosensible Rinde (PI - posterior Insular Cortex)

• Funktion: Wahrnehmung von inneren Körperzuständen
• Signale: Herzfrequenz, Atmung, Temperatur, Schmerz, Geschmack
• Primärer gustatorischer Cortex (Geschmackssinn)
• Beteiligung an Übelkeit & Hunger
• Weiterleitung an die anteriore Insula zur weiteren Verarbeitung
• Integration mit kognitiven, emotionalen & motivationalen Prozessen

Viszeromotorische Rinde (AI – anterior Insular Cortex)

• Funktion: Verarbeitung & Steuerung autonomer Reaktionen
• Regulation: Herzfrequenz, Blutdruck, Verdauung, Atmung
• Verbindungen zu Amygdala, Hypothalamus & Hirnstamm
• Steuert Magensaftsekretion & Blutdruckanstieg
• Verknüpfung mit Emotionen & Entscheidungen

Basalganglien

• Steuerung willkürlicher Bewegungen
• Bestandteile:
  • Globus pallidus: Regulations der Bewegung
  • Nucleus caudatus (Kopf des Schweifkerns): Motorisches Lernen und Verhaltensanpassung
  • Putamen: Koordination
  • Nucleus subthalamicus: Modulation motorischer Signale
  • Substantia nigra: Dopaminproduktion
  • Striatum: Nucleus caudatus und Putamen
• Arbeiten mit Thalamus und Großhirnrinde zusammen
• Beeinflussen Belohnungsverarbeitung und kognitive Funktionen
• Beeinträchtigung bei Morbus Parkinson (Dopaminmangel)