Grosshirn III - Limbisches System - Verbindungen - Herbstsemester 2024 (PDF)

Universität Bern, Institut für Psychologie Bachelor Neurowissenschaft (Minor) Herbstsemester 2024 Vorlesung «Neuroanatomie mit Übungen» Montag, 07. Oktober 2024 Das Grosshirn: Teil III Limbisches System Verbindungen PD Dr. phil. Tobias Pflugshaupt Leiter Neuropsychologie...

Universität Bern, Institut für Psychologie Bachelor Neurowissenschaft (Minor) Herbstsemester 2024 Vorlesung «Neuroanatomie mit Übungen» Montag, 07. Oktober 2024 Das Grosshirn: Teil III Limbisches System Verbindungen PD Dr. phil. Tobias Pflugshaupt Leiter Neuropsychologie Bild heruntergeladen von https://en.wikipedia.org Neurozentrum Luzerner Kantonsspital Schweiz Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen Überblick 1. Limbisches System 1.1. Einführung, Bestandteile 1.2. Papez-Kreis 1.3. Riechhirn 1.4. Amygdala (Corpus amygdaloideum) 2. Verbindungen 2.1. Einführung 2.2. Corpus callosum (Balken) 2.3. Weitere Kommissuren 2.4. Capsula interna 2.5. Assoziationsfasern 2.6. Fornix Ausschnitt von Abb. 10 aus Catani et al. (2013) 07.10.24 2 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.1. Einführung, Bestandteile A) Einführung - In den Neurowissenschaften wird kontrovers diskutiert, a) welches die Bestandteile und Grenzen des limbischen Systems sind, und b) ob das limbische System als funktionelle Einheit betrachtet werden soll. - ‘Limbus’ (lat.) = Saum. Da limbische Strukturen einen doppelten Ring um Balken und Zwischenhirn legen. - Limbische Strukturen sind phylogenetisch relativ alt und medial lokalisiert. - Funktionell ist das limbische System v.a. für Lernen und Gedächtnis, Emotion und Antrieb zuständig. Zudem sind limbische Strukturen an vegetativen Prozessen beteiligt (z.B. Hunger/Durst, Hormonsekretion). Mediale Sicht auf die rechte Grosshirnhemisphäre. Limbisches System mit Gyrus cinguli (1), Gyrus parahippocampalis (7), Hippocampus (2), Fornix (3), Indusium griseum (4), Corpus amygdaloideum (5; Amygdala), Corpus mammilare (6) und Area septalis (8). Abb. 9.15. aus Trepel (2017) 07.10.24 3 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.1. Einführung, Bestandteile B) Bestandteile - Das limbische System umfasst a) telenzephale und dienzephale Strukturen, b) kortikale und subkortikale Anteile, sowie c) graue und weisse Substanz. Gemäss Trepel (2017) gehören im engeren Sinne folgende Strukturen zum limbischen System: Hippocampus Fornix Mamillarkörper (Corpus mamillare) Gyrus cinguli Gyrus parahippocampalis Amygdala (Corpus amygdaloideum) - Je nach Autor/-in gehören auch dazu: Riechhirn inkl. Septum (Area septalis) Indusium griseum Vordere Thalamuskerne (Ncll. anteriores thalami) Mediale Sicht auf die rechte Grosshirnhemisphäre. Fasciculus uncinatus Limbisches System mit Gyrus cinguli (1), Gyrus parahippocampalis (7), Hippocampus (2), Fornix (3), Indusium Orbitofrontaler Cortex griseum (4), Corpus amygdaloideum (5; Amygdala), Corpus mammilare (6) und Area septalis (8). Abb. 9.15. aus Trepel (2017) 07.10.24 4 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.2. Papez-Kreis A) Allgemein bekannt - Die Strukturen des limbischen Systems sind untereinander mannigfaltig verbunden. Die bekanntesten Verbindungen bilden den sog. Papez-Kreis (s. Abb.), benannt nach James W. Papez (1883-1958), der ihn 1937 beschrieb. - Funktionell ist dieser Neuronen-Kreis nach Papez (1937) für die Entstehung von Emotionen zuständig, gemäss Trepel (2017) für den Informationstransfer vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis. Trepel (2017) Vordere/r Thalamusstrahlung/-stiel (Radiatio thalami anterior), verläuft im vorderen Schenkel (Crus anterius) der Capsula interna. 07.10.24 5 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.2. Papez-Kreis B) Weniger bekannt - Bereits 1906 - 31 Jahre vor Papez - beschrieb Christfried Jakob (1866-1956) den selben Neuronenkreis. Da unbekannt ist, ob Papez mit Jakob’s Publikation vertraut war - sie erschien auf Spanisch in einer argentinischen Zeitschrift - schlagen Catani et al. (2013) vor, fortan vom Jakob-Papez- Kreis zu sprechen. Abb. 3 (oben) und 4 (unten) aus Catani et al. (2013). Originalzeichnungen von Jakob (1906, oben) und Papez (1937, unten). 07.10.24 6 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.2. Papez-Kreis C) Erweiterung - 1948 ergänzte Paul I. Yakovlev den Neuronenkreis u.a. mit dem orbitofrontalen Cortex (OFC) und dem Fasciculus uncinatus, welcher den OFC mit dem ATL verbindet, afferent und efferent. - Methodik: Die Modellvorstellungen von Jakob, Papez und Yakovlev beruhen u.a. auf tierexperimenteller Abb. 5 aus Catani et al. (2013). Forschung und post mortem-Studien. Originalzeichnungen von Yakovlev (1948) 07.10.24 7 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.2. Papez-Kreis D) Modernes Modell (Catani et al., 2013) Cingulum - Seit einigen Jahren können Fornix Faserverbindungen des Gehirns an lebenden Menschen nicht-invasiv Fasciculus mamillo- thalamicus erforscht werden, mit MRT-basierter Traktographie. Radiatio thalami anterior Fasciculus - Marco Catani und Kollegen uncinatus haben damit u.a. Verbindungen des limbischen Systems erforscht. Gyrus cinguli OFC Thalamus Corpus mammilare Hippocampus Marco Catani. Quelle: https://www.natbrainlab.co.uk Gyrus parahippocampalis, Amygdala DTI-basierte Darstellung grosser Faserverbindungen des limbischen Systems (oben) und zugehöriges Konnektivitätsdiagramm (unten). Beinhaltet Teile von Abb. 8 aus Catani et al. (2013). 07.10.24 Beachte: Nicht dargestellt ist hier der Tractus perforans. 8 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.2. Papez-Kreis D) Modernes Modell (Catani et al., 2013) - Basierend auf Traktographie-Befunden sowie Studien mit funktioneller Bildgebung postulieren Catani und Kollegen drei anatomisch und funktionell unterscheidbare limbische Netzwerke: Netzwerk Bestandteile Funktionen (ohne Verbindungen) (Auswahl) Hippocampus, Corpus Gedächtnis, mammilare, anteriorer räumliche Orientierung Thalamus, Gyrus parahippocampalis, retrosplenialer Cortex Anteriorer Temporallappen, Semantik, Amygdala, orbitofrontaler Emotion/Affekt, Cortex soziale Kognition Anteriorer und posteriorer Antrieb, Selbstwahrnehmung, cingulärer Cortex Verhaltensmonitoring Hippocampal-diencephales & parahippocampal-retrospleniales Netzwerk Drei limbische Netzwerke nach Catani et al. (2013). Enthält Teile der Abb. 10 aus Catani et al. (2013). Temporo-Amygdala-orbitofrontales Netzwerk Dorsomediales Default-Netzwerk 07.10.24 9 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.3. Riechhirn A) Bestandteile - Das Riechhirn (Rhinencephalon) liegt überwiegend an der Basis des Frontallappens. Es ist der phylogene- tisch älteste Teil (→ Paleocortex) des Grosshirns und umfasst u.a. folgende Strukturen: Bulbus olfactorius (3) Tractus olfactorius (4), teilt sich auf in... Stria olfactoria medialis (5) und Stria olfactoria lateralis (6) Tuberculum olfactorium (7) (= Substantia perforata anterior) Präpiriformer Cortex (8; primäre Riechrinde) - Zudem ist im Tractus olfactorius der Nucleus olfactorius anterior eingelagert. Dieser erhält Afferenzen vom ipsi- Basale Ansicht auf den linken lateralen Bulbus olfactorius und sendet Efferenzen über die Frontallappen mit Strukturen des Riechhirns. Abb. 9.14a aus Trepel (2017). Commissura anterior zum kontralateralen Riechhirn. → Informationsaustausch von links nach rechts und umgekehrt 07.10.24 10 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.3. Riechhirn B) Verschaltung - In den Projektionszielen der Stria olfactoria lateralis wird der olfaktorische Reiz bewusst (präpiriformer Cortex), und danach affektiven (Amygdala) sowie mnestischen (entorhinaler Cortex des Gyrus parahippocampalis) Zentren zugeführt. - In den Projektionszielen der Stria olfactoria medialis wird der olfaktorische Reiz mit anderen sensorischen Informationen verknüpft (Tuberculum olfactorium) und via Septum (Area septalis) ebenfalls mnestischen sowie vegetativen Zentren (Hypothalamus, Hirnstamm) zugeleitet. Verschaltung des Riechhirns. Abb. 9.14b aus Trepel (2017). - Beachte: Im Unterschied zu allen anderen sensorischen Bahnen fehlt hier eine Verschaltung im Thalamus. 07.10.24 11 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.3. Riechhirn C) Repräsentation/Kodierung - Basierend auf tierexperimenteller Forschung wird angenommen, dass auch beim Menschen verschiedene Düfte im Riechhirn unterschiedliche Regionen aktivieren, resp. dass zerebral geruchsspezifische olfaktorische Karten existieren (olfactory maps). → Chemotopie → Chemische Eigenschaften von Düften passen zu spezifischen Rezeptoren (OR) in der Riechschleimhaut, zugehörige Axone ziehen zu spezifischen Abb. 1c und 1d aus Mori und Sakano (2011). Orten im Bulbus olfactorius (OB), Chemotope Organisation des Bulbus olfactorius von Ratten. Odorants (Düfte); OR = odorant receptor; OB = olfactory bulb; Summe dieser Orte ergibt 2MB-acid, Pentanal, TMT = Aversive Duftstoffe. A = anterior, P = duftspezifische olfactory map. posterior, V = ventral, D = dorsal, M = medial, L = lateral. 07.10.24 12 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.4. Amygdala (corpus amygdaloideum) A) Name - Die Amygdala (Corpus amygdaloideum) ist aufgrund ihrer Form nach dem griechischen Wort für Mandel (amygdale) benannt. Deshalb spricht man auch vom Mandelkern oder besser Mandelkernkomplex, da die Amygdala aus mehreren (>10) Einzelkernen besteht. B) Lage, Bestandteile - Die Amygdala liegt im medialen Temporallappen, rostral/anterior des Hippocampus. - Beachte: Medial bildet die sog. kortikale Amygdala einen kleinen Teil des temporalen Cortex, die restlichen Kerne der Amygdala liegen subkortikal. - Grob lassen sich drei Kerngruppen unterschieden: 1) kortikale (grün in Abb.), 2) zentrale (blau in Abb.) und 3) basolaterale (rot in Abb.) Kerne. Frontalschnitt durch das Grosshirn auf Höhe der Amygdala. Drei Kerngruppen der Amygdala. Quelle: http://teaching.thehumanbrain.info 07.10.24 13 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.4. Amygdala (corpus amygdaloideum) C) Wichtigste Verbindungen (nach Benarroch, 2015) a) Kortikale Kerne Afferenzen vom Riechhirn Efferenzen zu b) b) Zentrale Kerne Afferenzen vom Hirnstamm (vegetative und nociceptive1 Zentren) Efferenzen2 zu u.a. vegetativen Zentren im Hypothalamus und Hirnstamm c) Basolaterale Afferent und efferent2 mit multiplen Kerne Regionen des Neocortex (u.a. OFC, ACC3, anteriore Insel, visuelle Regionen) sowie dem Hippocampus verbunden Weitere Afferenzen vom Thalamus (insb. von posterioren Kernen) Weitere Efferenzen u.a. zu b) 1 Zwei wichtige Efferenzen der Amygdala: Stria terminalis Nociception = Schmerzwahrnehmung und Fibrae amygdalofugales ventrales. 2 Über u.a. Stria terminalis und Fibrae amygdalofugales PAG = Periaquäduktales Grau (Substantia grisea ventrales (ventrale amygdalofugale Bahn, resp. basale periaquaeductalis im Mesencephalon). Quelle: http://what-when-how.com/neuroscience Mandelkernstrahlung) 3 ACC = Anteriorer cingulärer Cortex 07.10.24 14 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.4. Amygdala (corpus amygdaloideum) D) Wichtigste Funktionen (nach Treppel, 2017) I) Emotionale Bewertung von II) Speicherung emotional Sinnesreizen betonter Gedächtnisinhalte Quelle: www.google.com Quelle: www.google.com III) Modulation vegetativer IV) Vermittlung emotional ausgelöster Prozesse (z.B. Herzschlag) motorischer Reaktionen, z.B. … Quelle: https://en.wikipedia.org Quelle: https://bc-counsellors.org 07.10.24 15 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 1. Limbisches System 1.4. Amygdala (corpus amygdaloideum) E) «The fear response» (Siegel, 2005) I) Wanderer trifft auf gefährliche Klapperschlange II) Vom visuellen Thalamus (v.a. Pulvinar) wird grobe Information direkt zur Amygdala geschickt III) Amygdala erkennt Gefahr und löst via Efferenzen in den Hirnstamm vegetative und motorische Reaktionen aus (z.B. Erhöhung von Puls und Muskeltonus), bevor der Stimulus im visuellen Cortex bewusst wird. VI) Zusätzlich bestehen zwischen visuellem Cortex und Amygdala direkte, bidirektionale Verbin- dungen zur gegenseitigen Beeinflussung (via ILF). Bildquelle: Siegel (2005) 07.10.24 16 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.1. Einführung Kategorien - Die Verbindungen des Grosshirns werden Kommissurenfaser, z.B. Commissura anterior (rot) üblicherweise 3 Kategorien zugeordnet: Quelle: App «Brain Tutor HD» (Goebel, 2010-2014) I) Kommissurenfasern, Kommissuren Verbindungen zwischen den beiden Hemisphären, bidirektional II) Projektionsfasern Projektionsfaser, Auf- und absteigende Verbindungen z.B. Tractus corticospinalis (hellblau) Quelle: App «Brain Tutor HD» zwischen Cortex und tiefer liegenden (Goebel, 2010-2014) Strukturen (z.B. Thalamus, Basalganglien, Hirnstamm), i.d.R. unidirektional III) Assoziationsfasern Assoziationsfaser, Verbindungen innerhalb z.B. Fasciculus frontoccipitalis inferior (türkis) Quelle: App «Brain Tutor HD» derselben Hemisphäre, (Goebel, 2010-2014) bidirektional 07.10.24 17 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.2. Corpus callosum (Balken) A) Allgemein - Das Corpus callosum ist die grösste Kommissur (ca. 250 Mio. Axone) und verbindet überwiegend identische (homotope), aber auch unterschiedliche (heterotope) kortikale Regionen beider Grosshirn- corpus callosum hemisphären miteinander. B) Lage und Bestandteile - Das Corpus callosum verläuft durch die Fissura longitudinalis cerebri und bildet das Frontalschnitt durch das Grosshirn, auf der Höhe des Dach beider Seitenventrikel. Truncus corporis callosi. Quelle: MorphoMed, 2024 - Am Corpus callosum werden im Sagittalschnitt von rostral nach kaudal fünf Bestandteile unterschieden: 1) Rostrum (Schnabel) 2) Genu (Knie) 3) Truncus (Stamm) 4) Isthmus (Engstelle) Bestandteile des Balkens. 5) Splenium (Wulst) Quelle: Abb. 1f aus Lieb & Ahlhelm (2018) 07.10.24 18 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.2. Corpus callosum (Balken) B) Lage und Bestandteile - Genu und Splenium des Balkens sind dicker als die anderen Bestandteile. Dies, da der Balken sagittal deutlich kürzer ist als die Fissura longitudinalis cerebri, und deshalb durch das Genu auch Fasern von weiter rostral liegenden Regionen ziehen, resp. durch das Splenium auch Fasern von weiter kaudal. Dadurch bilden sich Forceps minor (1) und Forceps major (2). Schematischer Horizontalschnitt durch das Grosshirn mit Forceps minor (1) und Forceps major (2). Abb. 9.42 aus Trepel (2017) C) Funktionen - Die Funktion des Balkens wird z.T. kontrovers diskutiert (z.B. Bloom & Hynd, 2005; van der Knaap & van der Haan, 2011). Zahlreiche Befunde deuten auf zwei Informationsaustausch, Gegenseitige Hemmung, grundlegende, anscheinend Integration, resp. resp. transcallosale vs. gegensätzliche Funktionen hin: transcallosale Inhibition Erregung/Exzitation 07.10.24 19 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.2. Corpus callosum (Balken) C) Funktionen: - Evidenz für Informationsaustausch: z.B. Split Brain- Patienten mit operativ durchtrenntem Balken zur Behandlung einer schwergradigen Epilepsie. Roger W. Sperry (1913-1994) Erhielt 1981 Nobelpreis für Medizin, für die Erforschung funktioneller Unterschiede zwischen den beiden Grosshirnhemisphären. Quelle: https://en.wikipedia.org Typisches Experiment mit einem Split Brain-Patienten. 1) Mit einem sog. Tachistoskop wird dem Patienten im linken Gesichtsfeld ein B präsentiert, gleichzeitig im rechten ein R. 2) Aufgrund der Sehbahnkreuzung sieht der linke visuelle Cortex ein R, der rechte ein B. 3) Infolge des durchtrennten Balkens geschieht kein transcallosaler Informationsaustausch. 4) Muss der Patient benennen, was er gesehen hat, sagt er nur R, aufgrund der linksseitigen Sprachdominanz. 5) Wenn er mit der linken Hand gesehene Buchstaben blind ertasten muss, wählt er nur B, da die linke Hand motorisch und somatosensibel von der rechten Hemisphäre kontrolliert wird. → Um so wie Gesunde alles korrekt benennen und ertasten zu können, ist transcallosaler Informationsaustausch erforderlich. Abb. 2 aus Sperry et al. (1969). 07.10.24 20 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.2. Corpus callosum (Balken) C) Funktionen: - Evidenz für Hemmung: z.B. Motorische Disinhibitionsphänomene (Enthemmung) 1) Unwillkürliche Mitbewegungen 2) Alien Hand-Syndrom - Während gewollten Bewegungen bewegt - Ein/e Hand/Fuss bewegt sich ungewollt sich kontralaterale Extremität ungewollt mit, und wird i.d.R. als dem eigenen Körper oft spiegelsymmetrisch. nicht zugehörig erlebt. - Beaulé et al. (2012): Gehäuft u.a. im jungen - Hassan & Joseph (2016): Seltene Kindesalter (Balken noch nicht ausgereift), neurologische Störung, bei Patienten mit und in verschiedenen Patientengruppen fokalen Läsionen ist oft der Balken verletzt. (z.B. Balkenagenesie). Alien hand syndrome in MRT eines Patienten mit einer Patientin nach Balkenagenesie (Anomalie einem rechtsseitigen der Hirnreifung, Balken fehlt), Mediainfarkt. Frontalschnitt. Quelle: Debray & Quelle: https://radiopaedia.org Demeestre, 2018 07.10.24 21 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.3. Weitere Kommissuren A) Commissura anterior (vordere Kommissur) - Liegt ventral der beiden Seitenventrikel sowie rostral des III. Ventrikels - Verbindet rostrale Bereiche des Temporallappens (inkl. ATL, Amygdala) sowie das Riechhirn beider Grosshirnhemisphären. Commissura anterior (rot). Quelle: App «Brain Tutor HD» (Goebel, 2010-2014) Commissura anterior in einem Frontalschnitt durch das Grosshirn. Quelle: MorphoMed, 2024 Die Commissura anterior verbindet den linken Bulbus olfactorius mit dem rechten, über eine Verschaltung im Nucleus olfactorius anterior. Quelle: https://slideplayer.com 07.10.24 22 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.3. Weitere Kommissuren B) Commissura posterior (hintere Kommissur) - Liegt in der kaudalen Wand des III. Ventrikels, am Eingang zum Aquaeductus mesencephali, oberhalb des Colliculus superior. - Verbindet paarige diencephale (z.B. Nuclei pretectales) und mesencephale (z.B. Colliculi superiores) Kerne miteinander. Commissura posterior und Nuclei pretectales sind funktionell u.a. am Pupillenlicht- Commissura posterior in einem Frontalschnitt durch reflex beteiligt. Gross- und Zwischenhirn (Myelinfärbung, weisse Substanz dunkel). Quelle: Morphomed, 2018 Schematischer Sagittalschnitt Pupillenlichtreflex (Verengung vs. Erweiterung der durch das Gehirn inkl. Pupille) zur raschen Regulation der Lichtmenge, die Commissura posterior (grün). auf die Netzhaut fällt, bei abrupten Änderungen der Quelle: www.kenhub.com Helligkeit. Quelle: https://de.wikipedia.org 07.10.24 23 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.3. Weitere Kommissuren C) Commissura fornicis/hippocampi - Teil des Fornix. Verbindet u.a. 4 die beiden Hippocampi 1 miteinander. 5 Zeichnung von u.a. 7 Commissura fornicis (1), Hippocampus (2), 6 Amygdala (3), Fornix (4), 3 splenium corporis callosi (5), Commissura anterior (6), 2 corpus mamillare (7). Bildquelle: https://med.scio.pw D) Commissura habenularum Schematischer Sagittalschnitt durch das - Liegt in der kaudalen Wand des III. Gehirn inkl. Commissura Ventrikels, oberhalb der Commissura habenularum (grün). Quelle: www.kenhub.com posterior. Verbindet die beiden Nuclei habenulae miteinander, über die u.a. olfaktorische Information zum Hirnstamm gesendet wird (Speichelproduktion). 07.10.24 24 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.4. Capsula interna (innere Kapsel) A) Allgemein - Ansammlung zahlreicher Projektionsfasern, Schematischer Horizontal- schnitt durch die linke die den Cortex cerebri mit tiefer liegenden Grosshirnhemisphäre. Strukturen (z.B. Thalamus, Hirnstamm) Capsula interna (23), verbinden. Ist die grösste der drei Kapseln Capsula externa (24) und (Capsula), weiter lateral liegen die Capsula Capsula extrema (25). externa und Capsula extrema. Ausschnitt aus Abb. 9.50a aus Trepel (2017) B) Lage und Bestandteile - Die Capsula interna wird medial von Schematischer Horizontal- Nucleus caudatus und Thalamus schnitt durch die rechte Grosshirnhemisphäre. begrenzt, lateral von Putamen und Globus pallidus. Capsula interna mit Crus anterius (5), Genu (6) und Crus posterius (7). - Drei Hauptbestandteile: Nucleus caudatus (1), Thalamus (2), Putamen (3), 1) Crus anterius (vorderer Schenkel) Globus pallidus (4), Seitenventrikel (8). 2) Genu (Knie) 3) Crus posterius (hinterer Schenkel) Abb. 9.43a aus Trepel (2017) 07.10.24 25 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.4. Capsula interna (innere Kapsel) B) Lage und Bestandteile - Nach dorsal fächern sich die Fasern der Capsula interna auf und bilden die Corona radiata. - Nach ventral verengen sie sich und bilden die Grosshirnstiele (Pedunculi cerebri). Quelle: https://viamedici.thieme.de 07.10.24 26 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.4. Capsula interna (innere Kapsel) C) Aufsteigende Projektionsfasern - Crus anterius: 1) Radiatio thalami anterior (Vordere Thalamusstrahlung, zieht vom Thalamus zum Frontallappen, s. Papezkreis) - Crus posterius: 2) Radiatio thalami centralis (Zentrale Thalamusstrahlung, zieht vom Thalamus zum Parietallappen, inkl. primärer somatosensibler Cortex) 3) Radiatio thalami posterior (Hintere Thalamusstrahlung, zieht vom Thalamus zum Okzipitallappen, ausser... Abb. 9.43b aus Trepel (2017) 4) Radiatio optica und Radiatio acustica (s. Seh- und Hörbahn) 07.10.24 27 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.4. Capsula interna (innere Kapsel) D) Absteigende Projektionsfasern - Crus anterius: 1) Tractus frontopontinus (Zieht vom Frontallappen zum Pons) - Genu: 2) Tractus corticonuclearis (Verbindet Gesichtsregion des primären motorischen Cortex mit motorischen Hirnstammkernen) - Crus posterius: 3) Tractus corticospinalis (Verbindet Rumpf- und Extremitätenregion des primären motorischen Cortex mit Abb. 9.43c aus Trepel (2017). Beachte die somatotope Gliederung. motorischen Rückenmarkskernen) 4) Tractus temporopontinus (Zieht vom Temporallappen zum Pons) 07.10.24 28 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.5. Assoziationsfasern A) Fasciculus arcuatus («gebogener Strang») - Verläuft bogenförmig zwischen Frontal- und Temporallappen, verbindet u.a. Broca- mit Wernicke-Areal. - Läsion/Diskonnektion führt zu sog. Leitungsaphasie (isolierte Störung des Nachsprechens). Linker Fasciculus arcuatus im sezierten Hirnpräparat. Quelle: https://en.wikipedia.org - Besteht nach Catani et al. (2005) aus einem langen direkten, medial lokalisierten Segment (rot in Abb.), sowie zwei kürzeren indirekten, lateral lokalisierten Segmenten (grün und gelb in Abb.). - Wird von einigen Autoren als Bestandteil des Fasciculus longitudinalis superior betrachtet. Drei Segmente des linken Fasciculus arcuatus gemäss DTI-basierter Traktographie. Anteriores (grün, fronto-parietal), posteriores (gelb, parieto-temporal) und langes Segment (rot, fronto-temporal). Abb. 3 aus Catani et al. (2005). 07.10.24 29 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.5. Assoziationsfasern B) Fasciculus longitudinalis superior (SLF) - Verbindet frontale mit überwiegend parietalen Regionen des Grosshirns. - Besteht aus drei, von dorsal nach ventral angeordneten Abschnitten (SLF I, SLF II, SLF III), die sich z.T. funktionell unterscheiden: Drei Abschnitte des rechten Fasciculus longitudinalis superior, gemäss DTI-basierter Traktographie. Ausschnitt aus Abb. 1b von Thiebaut de Schotten et al. (2011) - SLF I ist eher an räumlichen Leistungen beteiligt (z.B. räumliche Aufmerksamkeit, Blicksteuerung), SLF III an nicht-räumlichen (z.B. verbales Arbeitsgedächtnis), SLF II an beiden (Parlatini et al., 2017). Funktionelle Unterschiede der drei Abschnitte des Fasciculus longitudinalis superior. a) Kortikale Endigungssorte der drei Abschnitte. b) Funktionelle Unterschiede. Abb. 6 aus Parlatini et al. (2017) 07.10.24 30 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.5. Assoziationsfasern C) Fasciculus longitudinalis inferior (ILF) - Verbindet okzipitale mit temporalen Regionen (inkl. ATL, Amygdala) des Grosshirns; Hauptverbindung des sog. ventralen Pfades höherer visueller Verarbeitung. - Benannt nach dem okzipitalen ILF-Endigungsort unterscheiden Latini et al. (2017) vier Segmente, ein... 1) dorsolaterales okzipitales (DLOC), 2) cuneales (Cu), 3) fusiformes (Fu), und ein 4) linguales (Li) Segment. Das dorsolaterale okzipitale (links, DLOC) und das fusiforme (rechts, Fu) Segment des Fasciculus longitudinalis inferior. Darstellung am sezierten Präparat (A) und mittels DTI-basierter Traktographie B). Abb. 2 und 4 aus Latini et al. (2017). 07.10.24 31 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.5. Assoziationsfasern C) Fasciculus longitudinalis inferior (ILF) - Über kürzere und lange Verbindungen ist der ILF an zahlreichen Funktionen beteiligt, insbesondere an solchen, bei denen es um Identifikation und Interpretation visueller Stimuli geht (z.B. Gesichtserkennung, Lesen, visuelles Gedächtnis, emotionale Bewertung). Schematische Übersicht der ILF-Konnektivität. AMG: amygdala; ATL: anterior temporal lobe; FFA: fusiform face area; Hip: hippocampus; LOC, lateral occipital cortex; OFA: occipital face area; pITG: posterior inferior temporal gyrus; PPA, parahippocampal place area; VWFA, visual word form area. Die Nummern entsprechen Störungsbildern, die bei Läsion der entsprechenden Verbindung entstehen, z.B. reine Alexie (1), Prosopagnosie (3), Topographagnosie (6) Abb. 2 aus Herbet et al. (2018) 07.10.24 32 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.5. Assoziationsfasern D) Weitere Assoziationsfasern (Auswahl) Cingulum (lat. für «Gürtel») Fasciculus uncinatus (UF) DTI-basierte Traktographie des linken Cingulums. Teil DTI-basierte Traktographie des linken Fasciculus von Abb. 1 aus Thiebaut de Schotten et al. (2012). uncinatus (UF). Teil von Abb. 5 aus Thiebaut de Schwarz: y-Koordinaten, gelb: BA. Schotten et al. (2012). - Verbindet mediale frontale mit medialen - Verbindet anteriore temporale (ATL) mit parietalen und temporalen (Gyrus anterioren präfrontalen (v.a. OFC) Regionen parahippocampalis, Amygdala) Regionen - Verläuft hakenförmig um den Sulcus lateralis, - Gehört zum limbischen System, ist Teil z.T. in der anterioren Capsula externa des Papez-Kreises - Funktionen: Verknüpfung von Gedächtnis mit - Funktionen: Gedächtnis, Emotion Emotion und Entscheidungsverhalten, Lernen über Belohnung/Bestrafung; Konzeptbildung 07.10.24 33 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.5. Assoziationsfasern D) Weitere Assoziationsfasern (Auswahl) Fasciculus frontooccipitalis inferior (IFOF) Frontal aslant tract (FAT) DTI-basierte Traktographie des linken Fasciculus DTI-basierte Traktographie des linken Frontal frontooccipitalis inferior (IFOF). Teil von Abb. 4 aus aslant tracts (FAT). Teil von Abb. 6 aus Thiebaut Thiebaut de Schotten et al. (2012). de Schotten et al. (2012). - Verbindet präfrontale mit parietalen und - Verbindet prä- und supplementär motorische v.a. okzipitalen Regionen frontale Regionen mit dem Gyrus frontalis inferior (BA 44, resp. Teil des Broca-Areals) - Fächert sich an Endigungen auf, verläuft gebündelt durch die Capsula externa - Von Catani et al. 2012 erstmals beschrieben - Funktionen: Umstritten, am ehesten «Multi- - Funktionen: funktionsbündel» inkl. sensomotorische Links: Sprachproduktion, Sprechen Integration, Sprache, Verhaltenssteuerung,... Rechts: Exekutive Kontrolle 07.10.24 34 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.6. Fornix A) Allgemein, Form und Lage - Der Fornix ist nach dem lateinischen Wort für «Bogen» benannt und verläuft C-förmig unterhalb des Corpus callosum, mit dem er über das Septum pellucidum verbunden ist. Er gehört zum limbischen System und ist Teil des Papez-Kreises. B) Bestandteile 1) Crus fornicis (paarige Schenkel; Lage und Bestandteile des Fornix. B=body of the fornix; formen sich aus der Fimbria hippocampi) C=column of the fornix. Abb. 3 aus Raslau et al. (2015) 2) Commissura fornicis (unpaarig) 3) Corpus fornicis (unpaariger Körper, engl. body) 4) Columna fornicis (paarige Pfeiler, engl. column) Blick von medial auf die rechte Hippocampusformation mit Fimbria hippocampi und Crus fornicis. Bildquelle: https://eref.thieme.de 07.10.24 35 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.6. Fornix C) Verbindungen - Im Fornix befinden sich die meisten Efferenzen des Hippocampus. Die Mehrheit dieser Fasern verläuft im Columna fornicis hinter der anterioren Kommissur und zieht v.a. zum Corpus mamillare des Hypothalamus (s. Papez- Kreis), wenige direkt zum anterioren Thalamus. → postkommissuraler Fornix - Zudem gibt es Fasern, die im Columna Schematische Darstellung von prä- (blau) und fornicis vor der anterioren Kommissur u.a. in postkommissuraler Fornix (gelb). MB=mammillary body. Abb. 1 aus Christiansen et al. (2016) die Septumregion (Area septalis) ziehen und diese afferent sowie efferent mit dem Hippocampus verbinden. → präkommissuraler Fornix DTI-Traktographie-basierte Darstellung von prä- (blau) und postkommissuraler Fornix (gelb). Ausschnitt von Abb. 3 aus Christiansen et al. (2016) 07.10.24 36 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen 2. Verbindungen 2.6. Fornix D) Funktion - Gemäss Patientenstudien ist der Fornix wichtig für das episodische Gedächtnis (räumlich und zeitlich eingebettete Inhalte des Langzeitgedächtnisses), insbesondere für das Lernen/Enkodieren und freie Abrufen von Informationen. Patienten mit beschädigtem Fornix manifestieren oft eine anterograde Amnesie, wobei das Wiedererkennen (Rekognition) vergleichsweise gut funktioniert (z.B. Aggleton et al., 2000; Tsivilis et al., 2008; Vann et al., 2008). E) Besonderes - Im Fornix verlaufen Projektionsfasern (z.B. Hippocampus - Corpus mammilare), Kommissurenfasern (Commissura fornicis) und Assoziationsfasern (z.B. Hippocampus - Area septalis). Fornix (rot). Gut erkennbar ist auch die anteriore Kommissur. Quelle: App «Brain Tutor HD» (Goebel, 2010-2014) 07.10.24 37 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen Literaturverzeichnis Ø Aggleton JP, McMackin D, Carpenter K, Hornak J, Kapur N, Halpin S, et al. Differential cognitive effects of colloid cysts in the third ventricle that spare or compromise the fornix. Brain. 2000;123(4):800-15. Ø Beaulé V, Tremblay S, Théoret H. Interhemispheric control of unilateral movement. Neural Plast. 2012;2012:627816. Ø Benarroch EE. The amygdala: functional organization and involvement in neurologic disorders. Neurology. 2015. 20;84(3):313- 24. Ø Bloom JS, Hynd GW. The role of the corpus callosum in interhemispheric transfer of information: excitation or inhibition? Neuropsychol Rev. 2005;15(2):59-71. Ø Catani M, Dell'acqua F, Thiebaut de Schotten M. A revised limbic system model for memory, emotion and behaviour. Neurosci Biobehav Rev. 2013;37(8):1724-37. Ø Catani M, Dell'acqua F, Vergani F, Malik F, Hodge H, Roy P, Valabregue R, Thiebaut de Schotten M. Short frontal lobe connections of the human brain. Cortex. 2012;48(2):273-91. Ø Catani M, Jones DK, ffytche DH. Perisylvian language networks of the human brain. Ann Neurol. 2005;57(1):8-16. Ø Christiansen K, Aggleton JP, Parker GD, O'Sullivan MJ, Vann SD, Metzler-Baddeley C. The status of the precommissural and postcommissural fornix in normal ageing and mild cognitive impairment: An MRI tractography study. Neuroimage. 2016;130:35- 47. Ø Debray SBE, Demeestere J. Alien hand syndrome. Neurology. 2018;91(11):527. Ø Hassan A, Josephs KA. Alien hand syndrome. Curr Neurol Neurosci Rep. 2016;16(8):73. Ø Herbet G, Zemmoura I, Duffau H. Functional Anatomy of the Inferior Longitudinal Fasciculus: From Historical Reports to Current Hypotheses. Front Neuroanat. 2018;12:77. Ø Hirsch MC. 2004. InterBRAIN. Topographische Anatomie des ZNS des Menschen. (CD-ROM, Version 2.0). Berlin: Springer Verlag. Ø Jakob C. Nueva contribución á la fisio-patología de los lóbulos frontales. La Semana Médica. 1906;13:1325-9. Ø Latini F, Mårtensson J, Larsson EM, Fredrikson M, Åhs F, Hjortberg M, Aldskogius H, Ryttlefors M. Segmentation of the inferior longitudinal fasciculus in the human brain: A white matter dissection and diffusion tensor tractography study. Brain Res. 2017;1675:102-115. Ø Lieb JM, Ahlhelm FJ. [Agenesis of the corpus callosum]. Radiologe. 2018; 58(7):636-45. Ø MorphoMed. 2024. Sammlung interaktiver Lernmodule zur Morphologie des Menschen zur Unterstützung des Unterrichts in Anatomie, Histologie und Pathologie. Universität Bern. Ø Papez JW. A proposed mechanism of emotion. Arch Neurol Psychiatry. 1937;38:725-43. 07.10.24 38 Neuroanatomie, Grosshirn: Limbisches System, Verbindungen Literaturverzeichnis Ø Parlatini V, Radua J, Dell'Acqua F, Leslie A, Simmons A, Murphy DG, Catani M, Thiebaut de Schotten M. Functional segregation and integration within fronto-parietal networks. Neuroimage. 2017;146:367-375. Ø Mori K, Sakano H. How is the olfactory map formed and interpreted in the mammalian brain? Annu Rev Neurosci. 2011;34:467- 99. Ø Sarubbo S, De Benedictis A, Maldonado IL, Basso G, Duffau H. Frontal terminations for the inferior fronto-occipital fascicle: anatomical dissection, DTI study and functional considerations on a multi-component bundle. Brain Struct Funct. 2013;218(1):21-37. Ø Siegel M. Can we cure fear? Scientific American. 2005;16(4):44-9. Ø Sperry RW, Gazzaniga MS, Bogen JE. 1969. Interhemispheric relationships: the neocortical commissures; syndromes of hemisphere disconnection. In Vinken GJ, Bruyn GW. Handbook of clinical neurology, Volume 4. Amsterdam: North-Holland Publishing Co., pp. 273-90. Ø Thiebaut de Schotten M, Dell'Acqua F, Forkel SJ, Simmons A, Vergani F, Murphy DG, Catani M. A lateralized brain network for visuospatial attention. Nat Neurosci. 2011;14(10):1245-6. Ø Thiebaut de Schotten M, Dell'Acqua F, Valabregue R, Catani M. Monkey to human comparative anatomy of the frontal lobe association tracts. Cortex. 2012;48(1):82-96. Ø Trepel M. 2017. Neuroanatomie. Struktur und Funktion. (7. Auflage). München: Urban & Fischer Verlag, Elsevier GmbH. Ø Tsivilis D, Vann SD, Denby C, Roberts N, Mayes AR, Montaldi D, Aggleton JP. A disproportionate role for the fornix and mammillary bodies in recall versus recognition memory. Nat Neurosci. 2008;11(7):834-42. Ø van der Knaap LJ, van der Ham IJ. How does the corpus callosum mediate interhemispheric transfer? A review. Behav Brain Res. 2011;223(1):211-21. Ø Vann SD, Denby C, Love S, Montaldi D, Renowden S, Coakham HB. Memory loss resulting from fornix and septal damage. Neuropsychology. 2008;22(5):658-68. Ø Von Der Heide RJ, Skipper LM, Klobusicky E, Olson IR. Dissecting the uncinate fasciculus: disorders, controversies and a hypothesis. Brain. 2013;136:1692-707. Ø Yakovlev PJ. Motility, behavior and the brain; stereodynamic organization and neural coordinates of behavior. J Nerv Ment Dis. 1948;107:313-35. 07.10.24 39