Einführung in die Anatomie des Gehirns: Aufbau, Abschnitte und Funktion

Großhirn (Telencephalon, Cerebrum)

Das Großhirn (Endhirn, Telencephalon, Cerebrum) stellt den größten Teil des menschlichen Gehirns dar und besteht aus zwei Hälften (Hemisphären). Durch den Interhemisphärenspalt (Fissura longitudinalis cerebri) werden die beiden Hemisphären räumlich voneinander getrennt. Dennoch besteht eine Verbindung zwischen beiden Hirnhälften. Der Balken (Corpus callosum) bildet diese Verbindung und gewährleistet, dass beide Hemisphären miteinander kommunizieren können.

Jede Hirnhälfte besteht aus jeweils vier Lappen (Lobi), die spezifische Aufgaben erfüllen. Sie sind nach den verschiedenen Schädelknochen benannt, an die sie angrenzen. Unter diesen vier Lobi befinden sich zwei verdeckte Bereiche, die keinem Lappen zuzuordnen sind, da sie eigenständige Funktionen erfüllen. Diese beiden Areale sind die Inselrinde (Lobus insularis) und der Gyrus cinguli.

Die Hirnlappen bestehen ihrerseits aus Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri), die der Oberflächenvergrößerung dienen. Strukturell lässt sich das Großhirn in eine außen liegende Rinde (Cortex cerebri) und ein innen liegendes Mark unterteilen. Während die Großhirnrinde aus grauer Substanz besteht, setzt sich das Mark aus weißer Substanz zusammen. Eingebettet in diese weiße Substanz liegen subkortikale Kerngebiete, die sogenannten Basalganglien, die wiederum aus grauer Substanz bestehen. Im Mark liegen darüber hinaus Leitungsbahnen, die der Weiterleitung der Informationen aus dem Cortex in andere Hirnregionen dienen.

Die Großhirnrinde enthält hochspezialisierte Regionen, die höhere geistige Funktionen erfüllen. Hierzu gehören beispielsweise die Planung komplexer Handlungen und Willkürbewegungen, das Denken, die bewusste Wahrnehmung verschiedener Sinneseindrücke, sowie Sprachverständnis und -produktion. Das Bewusstsein und die Persönlichkeit entstehen ebenfalls im Cortex cerebri.

Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn (Diencephalon) befindet sich zwischen Großhirn und Mittelhirn (Mesencephalon). Es umgibt beidseits den III. Ventrikel und wird in folgende Strukturen unterteilt:

• Thalamus
• Epithalamus
• Hypothalamus
• Subthalamus
• Metathalamus
  

Das Zwischenhirn lässt sich strukturell kaum vom Großhirn abgrenzen, da einiger seiner Anteile während der Embryonalentwicklung ins Großhirn gewandert sind.

Thalamus und Hypothalamus machen den größten Teil des Zwischenhirns aus. Der Hypothalamus ist über den sogenannten Hypophysenstiel mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) verbunden. Dieses etwa haselnussgroße Organ synthetisiert und gibt Hormone ab, und spielt eine zentrale Rolle für die hormonelle Regulation des Körpers.

Die Strukturen des Zwischenhirns sind an zahlreichen lebenswichtigen Funktionen beteiligt, wie beispielsweise Kreislauf, Atmung, Temperatur, Wasser- und Elektrolythaushalt, Nahrungsaufnahme, Schlaf-Wach-Rhythmus und die Aufrechterhaltung des Hormonhaushalts.

Der Thalamus ist für die Integration und Verarbeitung motorischer Informationen zuständig und dient als Umschaltstation zahlreicher sensibler und sensorischer Afferenzen auf ihrem Weg zur Großhirnrinde. Hierbei filtert er die ankommenden Impulse aus der Peripherie sowie aus den Sinnesorganen, sodass nur gewisse, für die aktuelle Situation notwendige Informationen zum Kortex gelangen und bewusst wahrgenommen werden. Hierdurch wird eine Reizüberflutung der Großhirnrinde verhindert und die bewusste Wahrnehmung und gerichtete Aufmerksamkeit auf wesentliche Reize unterstützt. Daher gilt der Thalamus als “Tor zum Bewusstsein”.

Der Epithalamus steuert die innere Uhr, den sogenannten zirkadianen Rhythmus und verschaltet visuelle und vegetative Reflexe. Die Verschaltung der Hör- und Sehbahn erfolgt im Metathalamus. Der Subthalamus wird funktionell zu den Basalganglien gezählt und nimmt an der Regulation der extrapyramidalen Motorik teil.

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Hirnstamm (Truncus cerebri)

Der Hirnstamm (Truncus cerebri) ist der am weitesten kaudal gelegene Teil des Gehirns. Er befindet sich unterhalb des Zwischenhirns und besteht von kranial nach kaudal aus drei Anteilen: Mittelhirn (Mesencephalon), Brücke (Pons) und verlängertes Mark (Medulla oblongata). Pons und Medulla oblongata werden zusammen mit dem Kleinhirn als Rautenhirn (Rhombencephalon) zusammengefasst. Namensgebend hierfür ist die Rautengrube (Fossa rhomboidea), welche von Pons, Medulla oblongata und Kleinhirn begrenzt wird und den Boden des IV. Ventrikels bildet.

Der Hirnstamm reguliert lebensnotwendige Funktionen wie Atmung, Blutdruck, Herzfrequenz, Schutzreflexe und dient als Ursprungsort der Hirnnervenkerne III-XII und anderer Kerne, die aus Ansammlungen von Neuronen bestehen, wie beispielsweise der Substantia nigra und der Formatio reticularis. Wichtige Bahnen für Sensibilität und Motorik, welche auf ihrem Weg von der Großhirnrinde zum Rückenmark und in umgekehrter Richtung verlaufen, liegen im Truncus cerebri. Für sie dient der Hirnstamm als Durchgangsweg.

Kleinhirn (Cerebellum)

Die Aufgabe des Kleinhirns (Cerebellum), besteht in der Koordination und Kontrolle von Bewegungsabläufen wie der Halte -und Stützmotorik, dem stabilen Gang und Augenbewegungen. Daher spielt es auch für das Gleichgewicht und für das Erlernen neuer Bewegungsmuster eine wichtige Rolle. Das Cerebellum übernimmt die Funktion eines motorischen Integrationszentrums, welches keine eigenen Bewegungsimpulse generiert, sondern sensomotorische Informationen aus anderen Hirnarealen verarbeitet und koordiniert.

Das Kleinhirn befindet sich in der hinteren Schädelgrube (Fossa cranii posterior) und grenzt von dorsal an Pons und Medulla oblongata. Über drei Kleinhirnstiele (Pedunculi cerebellares), sowie zwei segelförmige Strukturen (Velum medullare superius et inferius) ist es mit dem Hirnstamm verbunden.

Makroskopisch besteht das Kleinhirn aus den beiden Kleinhirnhemisphären (Hemisphaeria cerebelli) und dem Kleinhirnwurm (Vermis cerebelli), der die beiden Kleinhirnhemisphären miteinander verbindet. Ventrokaudal des Kleinhirnwurms ist eine paarige Struktur, der Lobus flocculonodularis erkennbar. Neben diesem gibt es noch zwei weitere abgrenzbare Lobi (Lobus anterior et posterior). Ganz kaudal, als Teil der Kleinhirnhälften, befinden sich neben dem Kleinhirnwurm zwei Wülste, die sogenannten Kleinhirntonsillen (Tonsillae cerebri).

Durch zahlreiche Furchen (Fissurae) wird das Kleinhirn in Lappen und Läppchen, sowie Windungen, sogenannte Folia (lat. “Blätter”) unterteilt. Sie sorgen für das charakteristische verzweigte und baumartige Aussehen des Kleinhirns und dienen der Oberflächenvergrößerung.

Mikroskopisch besteht das Kleinhirn aus einer außen gelegenen Rinde und einem innen lokalisierten Mark. Genau wie beim Großhirn und dem Rückenmark besteht die Kleinhirnrinde aus grauer Substanz, also den Zellkörpern der Neurone. Das Mark wird durch die weiße Substanz gebildet, den Zellfortsätzen (Axonen) dieser Neurone.

Das Kleinhirn kann man nach funktionellen Gesichtspunkten in drei Bestandteile untergliedern.

Basalganglien

Die Basalganglien (Nuclei basales) stellen eine Gruppe funktionell zusammen gehörender Kerne dar, die aus Ansammlungen grauer Substanz bestehen und eingebettet in der weißen Substanz des Großhirns liegen. Teile von ihnen befinden sich aber auch im Diencephalon und Mesencephalon.

Ihre Hauptaufgabe ist die Modulation der extrapyramidalen Motorik, insbesondere der Stütz- und Haltemotorik, des Muskeltonus, sowie der groben Bewegungen des Rumpfes und der Extremitäten (Massenbewegungen). Sie fördern erwünschte Bewegungen und hemmen unerwünschte Bewegungsmuster. Darüber hinaus regulieren sie Richtung, Ausmaß, Kraft und Geschwindigkeit von Bewegungen.

Die Basalganglien sind sowohl mit der Großhirnrinde, dem Kleinhirn, als auch mit dem motorischen Thalamus verschaltet und interagieren mit diesen Strukturen, um komplexe motorische Abläufe zu ermöglichen.

Zu den Basalganglien zählen Nucleus caudatus und Putamen, die sich im Marklager des Großhirns befinden, der Globus pallidus und der Nucleus subthalamicus, die im Diencephalon liegen, sowie die im Mesencephalon gelegene Substantia nigra.

Limbisches System

Das limbische System setzt sich aus mehreren Strukturen zusammen, die funktionell zusammengehören und sowohl aus grauer Substanz, als auch aus subkortikalen Strukturen bestehen. Sie liegen in enger Nachbarschaft zum Zwischenhirn und dem Corpus callosum.

Zum limbischen System zählen:

• Hippocampus
• Fornix
• Corpus mamillare
• Gyrus cinguli
• Amygdala
• Gyrus parahippocampalis
• und die anteriore Kerngruppe des Thalamus

Zu ihren vielfältigen und komplexen Aufgaben gehören unter anderem die Verarbeitung und Bewertung von Emotionen und Angst, die Steuerung von Trieben, Lernen und Gedächtnisbildung, Antrieb, sowie die Regulation vegetativer Reaktionen.

Hirnhäute (Meningen)

Gehirn und Rückenmark sind von schützenden bindegewebigen Hüllen, den Hirnhäuten (Meningen), umgeben. Unterschieden werden drei verschiedene Hirnhäute: Pia mater, Arachnoidea mater und Dura mater. Sie sind dem Hirn aufgelagert und setzen sich als Rückenmarkshäute fort.

Die Pia mater (weiche Hirnhaut) stellt die innerste Schicht dar, welche dem Hirngewebe direkt aufliegt.

Die Arachnoidea mater (Spinngewebshaut) ist die mittlere Haut und liegt zwischen Dura mater und Pia mater. Zwischen Arachnoidea mater und Pia mater befindet sich der mit Hirnwasser (Liquor) gefüllte Subarachnoidalraum.

Die Dura mater (harte Hirnhaut) ist die äußerste Hirnhaut. Sie besteht aus einem äußeren und einem inneren Blatt (Stratum periostale et meningeale). Über das äußere Blatt ist die harte Hirnhaut mit der Innenseite der Schädelknochens verwachsen. Während die beiden Blätter in den meisten Bereichen eng aneinander liegen, so spalten sie sich an einigen Stellen längs auf und bilden die venösen Hirnblutleiter, welche das sauerstoffarme Blut aus dem Gehirn abtransportieren.

An anderen Stellen trennt sich das innere Blatt der Dura mater vom äußeren Blatt und bildet sogenannte Duplikaturen. Diese Verdoppelungen des inneren Blattes bilden bindegewebige Trennwände, welche die Schädelhöhle in Kammern und Nischen einteilen. Zu diesen Trennwänden gehören unter anderem die Falx cerebri und das Tentorium cerebelli. Sie bilden ein Zuggurtungssystem, welches für mechanische Stabilität sorgt und das Hirngewebe bei Erschütterungen vor Verletzungen schützt.

Ventrikel- und Liquorsystem

Zusätzlich zum Schutz, den die Meningen bieten, wird das Gehirn durch das Nervenwasser (Liquor cerebrospinalis) vor mechanischen Einflüssen wie Erschütterungen und Stößen geschützt. Es wirkt als Flüssigkeitskissen für das empfindliche Hirngewebe, reduziert das relative Hirngewicht und dient gleichzeitig als Transportmedium für Immunzellen und Stoffwechselprodukte.

Liquor besteht aus einer klaren, protein- und zellarmen Flüssigkeit, die hauptsächlich durch Ultrafiltration des Blutes entsteht. Er zirkuliert in den inneren und äußeren Liquorräumen und umspült Gehirn und Rückenmark.

Gebildet wird der Liquor im Plexus choroideus, welcher aus knäuelartig geformten und ineinander verschlungenen Gefäßästen besteht, die mit spezialisierten Gliazellen überzogen sind. Resorbiert wird der Liquor einerseits durch Ausstülpungen der Arachnoidea mater (Arachnoidalzotten), sowie durch Venen- und Lymphgefäßplexus im Bereich der Austrittsstellen der Spinal- und Hirnnerven. Physiologischerweise besteht ein Gleichgewicht aus Liquorproduktion und -resorption.

Die inneren Liquorräume bilden ein System aus miteinander verbundenen Hohlräumen im Inneren des Gehirns, sowie im Inneren des Rückenmarks. Hierzu gehören die vier Hirnventrikel, sowie der Zentralkanal (Canalis centralis) des Rückenmarks.

Der äußere Liquorraum wird durch den spaltförmigen Subarachnoidalraum gebildet, welcher sich zwischen Pia mater und Arachnoidea mater befindet. Durch spezielle Öffnungen (Foramina) sind die Ventrikel untereinander verbunden und es besteht auch eine Verbindung der inneren Liquorräume mit dem äußeren Liquorraum. So wird eine Zirkulation des Liquors gewährleistet.

Blutversorgung des Gehirns

Die arterielle Versorgung des Gehirns erfolgt über einen speziellen Blutkreislauf, den sogenannten Gehirnkreislauf, der das Hirngewebe mit Sauerstoff, Glucose und anderen Nährstoffen versorgt. Der Gehirnkreislauf setzt sich aus einem vorderen und einem hinteren Kreislauf zusammen und wird aus insgesamt vier großen extrakraniellen Arterien gespeist. Gemeinsam bilden der vordere und hintere Kreislauf an der Schädelbasis einen Gefäßring, der aus mehreren miteinander vernetzten Arterien (Anastomosen) besteht und als Circulus arteriosus cerebri (Willisii) bezeichnet wird.

Die linke und rechte Arteria carotis interna dienen als Ursprung des vorderen Kreislaufs und die linke und rechte Arteria vertebralis stellen die Quelle des hinteren Kreislaufs dar. Die beiden Aa. carotides internae teilen sich in die Hauptäste Arteria cerebri media und Arteria cerebri anterior auf, welche sich wiederum in mehrere Endäste verzweigen. Sie versorgen den Frontal -und Parietallappen, den Großteil des Temporallappens und des Zwischenhirns, die Basalganglien und Capsula interna, das Auge und die Hypophyse.

Die beiden Aa. vertebrales vereinigen sich am Unterrand der Brücke zur Arteria basilaris, welche sich weiter kranial am Oberrand der Brücke in die beiden Aa. cerebri posteriores aufteilt. Zusammen mit ihren zahlreichen Endästen versorgen diese beiden Arterien das Kleinhirn, Teile des Hirnstamms, des Mesencephalons und des Thalamus, den Okzipitallappen und einen kleinen Teil des Temporallappens.

Die venöse Drainage des Gehirns erfolgt über spezielle mit Endothel ausgekleidete Blutleiter, die sogenannten Sinus durae matris. Hierbei handelt es sich um Duplikaturen der Dura mater, welche das venöse Blut aus den oberflächlichen und tiefen Hirnvenen aufnehmen und der linken und rechten Vena jugularis interna zuführen. Im Gegensatz zu den Venen des Körpers besitzen die Hirnvenen und die venösen Sinus keine Venenklappen und ihre Wände enthalten keine glatte Muskulatur. Die Wände der Sinus durae matris sind zudem starr, sodass sie das Blut nicht in eine bestimmte Richtung leiten können. Die Flussrichtung des Blutes ist daher abhängig von der Lage des Kopfes.

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