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Übersicht über die Hirnfunktion

Von Juebin Huang, MD, PhD, Assistant Professor, Department of Neurology, The University of Mississippi Medical Center

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Das Großhirn ist durch die Längsfissur in 2 Hemisphären geteilt, jede umfasst 5 separate Hirnlappen. Frontal-, Temporal-, Parietal- und Okzipitallappen bedecken die Oberfläche des Gehirns; der Inselkortex ist unter der Sylvischen Furche verborgen (s. Gehirnareale.). Obwohl jedem Hirnlappen spezifische Funktionen zugeordnet sind, erfordern die meisten Aktivitäten die Koordination vieler Areale beider Hemisphären. So verarbeiten z. B. auch Teile des Parietal-, Temporal- und Frontallappens auf beiden Seiten komplexe visuelle Stimuli, obwohl der Okzipitallappen für die visuelle Verarbeitung essenziell ist.

Gehirnareale.

Die Funktion ist weitgehend lateralisiert. Die visuelle, taktile und motorische Aktivität der linken Körperseite wird überwiegend durch die rechte Hemisphäre gesteuert und umgekehrt. Bei bestimmten komplexen Funktionen sind beide Hemisphären beteiligt, sie werden jedoch überwiegend von einer Hemisphäre beherrscht (zerebrale Dominanz). So ist z. B. die linke Hemisphäre typischerweise dominant für die Sprache und die rechte für die Raumwahrnehmung.

Die Großhirnrinde enthält sowohl die primären sensorischen und motorischen Areale als auch ausgedehnte Assoziationsareale. Die primär sensorischen Areale empfangen direkt Körperwahrnehmungen, auditorische, visuelle, olfaktorische und gustatorische Stimuli von den darauf spezialisierten Sinnesorganen und von peripheren Rezeptoren. In den Assoziationsarealen, die zu einer oder zu mehreren Sinneswahrnehmungen in Bezug stehen, werden die sensorischen Stimuli weiterverarbeitet. Der primäre motorische Kortex generiert willkürliche Bewegungen des Körpers; die motorischen Assoziationsareale helfen, komplexe motorische Aktivität zu planen und auszuführen. Einige kortikale Areale sind heteromodal. Sie sind nicht auf eine einzelne motorische oder sensorische Funktionen beschränkt, sondern erhalten konvergente Informationen aus verschiedenen sensorischen und motorischen Hirnarealen. Heteromodale Assoziationsareale im Frontal-, Temporal- und Parietallappen integrieren den sensorischen Input, die motorischen Rückmeldungen und andere Informationen mit instinktiven und erworbenen Gedächtnisinhalten. Diese Integration ermöglicht Lernen und die Generierung von Gedanken, Ausdruck und Verhalten.

Frontallappen:

Die Frontallappen liegen vor dem Sulcus centralis. Sie sind entscheidend für die Planung und die Ausführung von erlerntem und zielgerichtetem Verhalten; in ihnen sind auch viele inhibitorische Funktionen lokalisiert. Es gibt mehrere funktionell unterschiedliche Bereiche in den Frontallappen:

  • Der primäre motorische Kortex bildet den hinteren Teil des Gyrus praecentralis. Der primäre motorische Kortex auf einer Seite steuert alle Bewegungen auf der kontralateralen Körperseite (gezeigt in einer räumlichen Darstellung, dem Homunkulus–s. Homunkulus.); 90% der motorischen Fasern jeder Hemisphäre kreuzen die Mittellinie im Hirnstamm. Somit bewirken Schädigungen des motorischen Kortex in einer Hemisphäre Schwäche oder Lähmungen hauptsächlich auf der kontralateralen Körperseite.

  • Der mediofrontale Kortex (auch mediales präfrontales Areal genannt) ist wichtig für Arousal und Motivation. Bei großen Läsionen in diesem Areal, die sich bis in den vordersten Kortexbereich (frontaler Pol) ausdehnen, werden die Patienten manchmal abulisch (apathisch, unaufmerksam und in ihrer Reaktion deutlich verlangsamt).

  • Der orbitofrontale Kortex (auch orbitales präfrontales Areal genannt–s. Gehirnareale.) ist daran beteiligt, soziale Verhaltensweisen zu modulieren. Patienten mit orbitofrontalen Läsionen können emotional labil werden, gleichgültig gegenüber den Folgen ihrer Handlungen oder beides. Sie können abwechselnd euphorisch, witzig, vulgär und indifferent für soziale Nuancen sein. Ein beidseitiges akutes Trauma in diesem Areal kann Patienten geschwätzig, ruhelos und distanzlos machen. Mit dem Altern und bei vielen Arten von Demenz können sich Enthemmung und abnorme Verhaltensweisen entwickeln; diese Veränderungen rühren wahrscheinlich von einer Frontallappendegeneration, insbesondere des Orbitofrontalkortex, her.

  • Der linke posteroinferiore frontale Kortex (auch Broca-Areal oder posteroinferiores präfrontales Areal genannt–s. Gehirnareale.) kontrolliert die Sprachproduktion. Läsionen in diesem Bereich verursachen eine expressive Aphasie (beeinträchtigte Wortäußerung– Aphasie).

  • Der dorsolaterale frontale Kortex (auch dorsolaterales präfrontales Areal genannt) verarbeitet gerade erst erworbene Informationen–eine Funktion, die als Arbeitsgedächtnis bezeichnet wird. Läsionen in diesem Areal können die Fähigkeit zur Informationsspeicherung und -verarbeitung in Echtzeit beeinträchtigen (z. B. Rückwärtsbuchstabieren von Wörtern oder nacheinander zwischen Buchstaben und Zahlen wechseln).

Homunkulus.

Bestimmte Teile des Kortex kontrollieren spezifische motorische und sensorische Funktionen auf der kontralateralen Körperseite. Das Ausmaß der kortikalen Repräsentation eines Körperteils variiert, z. B. ist der Kortexbereich, der die Hand steuert, größer als der Bereich, der die Schulter kontrolliert. Die "Landkarte" dieser Körperteile wird Homunkulus ("Menschlein") genannt.

Parietallappen:

Mehrere Bereiche in den Parietallappen haben spezifische Funktionen.

  • Der primäre somatosensorische Kortex im postrolandischen Areal (Gyrus postcentralis) der vorderen Parietallappen integriert somästhetische Stimuli zur Erkennung von Form, Struktur und Gewicht von Gegenständen. Der primäre somatosensorische Kortex auf einer Seite empfängt den kompletten somatosensorischen Input von der kontralateralen Körperseite (s. Homunkulus.). Läsionen des vorderen Parietallappens können Schwierigkeiten bei der Erkennung von Objekten durch Berührung (Astereognosie) verursachen.

  • Areale, die posterolateral vom Gyrus postcentralis liegen, erzeugen räumlich-visuelle Verknüpfungen und integrieren diese Wahrnehmungen mit anderen Sinneseindrücken und führen so zur Erkennung der Bewegungsbahn eines sich bewegenden Objekts. Diese Areale vermitteln auch die Propriozeption (Lagewahrnehmung des Körpers im Raum).

  • Teile des mittleren Parietallappens der dominanten Hemisphäre sind beteiligt an Fähigkeiten wie Rechnen, Schreiben, Links-Rechts-Orientierung und Fingerwahrnehmung. Läsionen im Gyrus angularis können Defizite beim Schreiben, Rechnen, der Links-Rechts-Orientierung und des Fingerbenennens verursachen (Gerstmann-Syndrom).

  • Der nichtdominante Parietallappen integriert die kontralaterale Körperseite in ihre Umgebung und ermöglicht so die Raumwahrnehmung und ist wichtig für Fähigkeiten wie Zeichnen. Eine akute Schädigung des nichtdominanten Parietallappens kann einen Neglekt der kontralateralen Seite (meist der linken) verursachen, woraus ein Nichterkennen dieser Körperseite, der Umwelt und jeder Verletzung dieser Seite resultiert (Anosognosie). Patienten mit einer großen rechtsparietalen Läsion können z. B. das Bestehen einer linksseitigen Plegie negieren. Patienten mit kleineren Läsionen können die Fähigkeit zur Ausführung erlernter motorischer Fähigkeiten verlieren (z. B. Anziehen, andere gut gelernte Aktivitäten)–ein räumlich-manuelles Defizit, das Apraxie genannt wird.

Temporallappen:

Die Temporallappen sind zuständig für die auditorische Wahrnehmung, das Sprachverständnis, das visuelle Gedächtnis, das deklarative (faktische) Gedächtnis und die emotionale Verarbeitung. Patienten mit rechtsseitigen Temporallappenläsionen verlieren meist die Fähigkeit zur Interpretation nichtverbaler auditorischer Stimuli (z. B. Musik). Bei Läsionen des linken Temporallappens kommt es zu erheblichen Störungen des Wiedererkennens, des Gedächtnisses und der Sprachbildung.

Patienten mit epileptogenen Herden im medialen limbischen Teil des Temporallappens haben häufig komplex-partielle Anfälle, charakterisiert durch nichtkontrollierbare Gefühle und autonome, kognitive oder emotionale Störungen. Gelegentlich werden bei solchen Patienten Persönlichkeitsveränderungen beobachtet, die charakterisiert sind durch Humorlosigkeit, philosophisch-prinzipielle Religiosität und Zwanghaftigkeit.

Okzipitallappen:

In den Okzipitallappen liegen der primäre visuelle Kortex und die visuellen Assoziationsareale. Läsionen des primären visuellen Kortex führen zu einer Form der zentralen Blindheit, genannt Anton-Syndrom; die Patienten sind unfähig zur Erkennung von Objekten durch Betrachtung und nehmen dieses Defizit überhaupt nicht wahr. Krampfanfälle im Okzipitallappen können visuelle Halluzinationen hervorrufen, die häufig aus farbigen Linien oder Netzen, die im kontralateralen Gesichtsfeld lokalisiert sind, bestehen.

Insula:

Die Insula verarbeitet sensorische und autonome Informationen aus dem Eingeweidebereich. Sie spielt eine Rolle bei bestimmten Sprachfunktionen, wie sich durch die Aphasie bei Patienten mit Läsionen im Inselbereich gezeigt hat. Die Insula verarbeitet Aspekte von Schmerz- und Temperaturwahrnehmung und eventuell der Geschmackswahrnehmung.

Pathophysiologie

Eine zerebrale Störung kann fokal oder global sein. Fokale und globale Prozesse können auch subkortikale Systeme betreffen und die Vigilanz verändern (z. B. Stupor oder Koma verursachen) oder die gedankliche Integration verändern (z. B. ein Delir verursachen).

Eine fokale Störung resultiert meist aus strukturellen Veränderungen (z. B. Tumoren, Insult, Trauma, Fehlbildungen, Gliose, Demyelinisierung). Die Manifestationen hängen von der Lokalisation der Läsion, ihrer Größe und Entwicklungsgeschwindigkeit ab. Läsionen, die einen Durchmesser < 2 cm haben oder sich langsam entwickeln, können asymptomatisch sein. Größere Läsionen, sich schnell entwickelnde Läsionen (eher über Wochen oder Monate als über Jahre) und Läsionen, die simultan beide Hemisphären betreffen, werden mit größerer Wahrscheinlichkeit symptomatisch. Fokale Läsionen der weißen Substanz können die verbindenden Bahnen zwischen Hirnarealen unterbrechen und ein Diskonnektionssyndrom verursachen (Unfähigkeit, eine Handlung auszuführen, die die koordinierte Aktivität von 2 Hirnregionen erfordert, obwohl die Basisfunktionen jeder einzelnen Region erhalten sind).

Globale Ausfälle werden durch toxisch-metabolische Störungen oder manchmal durch diffuse Entzündungen, Vaskulopathien, größere Traumata oder disseminierte Krebserkrankungen verursacht; diese Störungen betreffen viele Bereiche der zerebralen Funktion.

Regeneration

Die Regeneration nach Hirnverletzungen hängt zum Teil vom Grad der Plastizität (Fähigkeit einer Hirnregion, ihre Funktion zu ändern) des verbleibenden Großhirns ab, einer Eigenschaft, die interindividuell variiert und vom Alter und dem allgemeinen Gesundheitszustand beeinflusst wird. Plastizität ist am ausgeprägtesten im sich entwickelnden Gehirn. So kann z. B. bei schwerer Schädigung der Sprachareale in der dominanten Hemisphäre vor dem 8. Lebensjahr die andere Hirnhälfte eine fast normale Sprachfunktion übernehmen. Die Kapazität zur Wiederherstellung nach Hirnverletzungen nach der ersten Lebensdekade ist zwar beträchtlich, jedoch führt eine schwere Schädigung häufiger zu permanenten Defiziten. Eine umfassende Neuorganisation der Hirnfunktionen nach Verletzung ist bei Erwachsenen ungewöhnlich, wenn auch die Plastizität in bestimmten spezifischen Hirnarealen lebenslang weiterbesteht.

Zerebrale Störungssyndrome:

Spezifische Syndrome umfassen Agnosie, Amnesie, Aphasie und Apraxie. Psychiatrische Krankheitsbilder (z. B. Depression, Psychose, Angststörungen) beinhalten manchmal ähnliche Elemente.

Diagnose

Im Allgemeinen erfolgt die Diagnose klinisch, häufig unterstützt durch neuropsychologische Tests. Die Klärung der Ursache erfordert üblicherweise Labortests (Blut- und manchmal Liquoranalyse) und eine Bildgebung des Gehirns, entweder strukturell (CT, MRT) oder funktionell (PET, SPECT).

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