Aufgaben des Großhirns

Das Großhirn  ist der Teil vom Gehirn, der wohl am weitläufigsten bekannt ist. Es wird auch als Endhirn oder Telencephalon bezeichnet und macht den größten Teil des menschlichen Gehirns aus. In dieser Ausprägung und Größe ist es auch nur beim Menschen vorhanden.

Grob unterscheidet man am Großhirn vier Lappen, die in Bezug auf ihre anatomische Lage benannt sind und zwei gesonderte, in der Tiefe liegende Bereiche. Genauer wird die Großhirnrinde in 52 sogenannte Brodmann Areale eingeteilt, benannt nach ihrem Erstbeschreiber Korbinian Brodmann. Es ist in zwei Hälften, den Hemisphären, aufgeteilt.

Um eine möglichst große Oberfläche zu haben, ist es vielfach gefaltet. Die aufgeworfenen Windungen und entstandenen Furchen tragen eigene Namen und können bestimmten Funktionsgebieten zugeteilt werden.

Das Großhirn ist die höchste Instanz des Zentralen Nervensystems, zu dem neben dem Gehirn auch das Rückenmark zählt, und macht den Menschen mit all seinen emotionalen, psychischen und motorischen Fertigkeiten überhaupt erst zu dem, der er ist. Es ist in alle aktiven Gedanken und Bewegungsabläufe eingebunden, verarbeitet eingehende Informationen und produziert daraufhin zielgerichtet Antworten und Reaktionen. Dabei ist es über Nervenbahnen vielfach mit sich selber und weiteren Hirnstrukturen verknüpft. In der Großhirnrinde liegen die Nervenkerne, im Mark die Nervenbahnen.

Neben der anatomischen Einteilung wird das Großhirn funktionell nach verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt. Diese zweite Einteilung basiert auf der Entwicklung und Evolution des Gehirns. So findet man Anteile des menschlichen Gehirns auch bei kleinen Säugern wie Mäusen, während andere allein dem Menschen vorbehalten sind. Man unterscheidet den Paläokortex, das Striatum, den Archikortex und den Neokortex. Sie alle sind Bestandteile einzelner Systeme, die für verschiedene Aufgabenbereiche zuständig sind. Dennoch arbeiten sie auch sehr eng zusammen, weshalb oft keine klaren Grenzen zwischen den einzelnen Bereichen gezogen werden können.

Der Paläokortex ist der älteste Teil des Großhirns. Er ist eng mit dem Riechhirn und dem Riechsinn, dem ältesten aller Sinne, verbunden. Er empfängt, transportiert und verarbeitet Information, die vom Riechorgan, also den Sinneszellen in der Nase, erfasst werden. Zu ihm wird auch die Amygdala gezählt, ein Areal, das für emotionale Vorgänge zuständig ist, besonders für die Entstehung und Verarbeitung von Angst und Wut. Dies erklärt auch, warum Gerüche solch starke, emotionale Reaktionen auslösen können.

Das Striatum sitzt tief im Inneren des Großhirns und ist Teil der Basalganglien, einem Geflecht aus Nervenkernen und -bahnen, die eine wichtige Rolle in der Steuerung von Bewegungsabläufen einnehmen.

Ebenfalls tief sitzt der Archikortex, der unter anderem den Hippocampus umfasst und einen Teil des Limbischen Systems darstellt. Er ist zuständig für Lern- und Gedächtnisvorgänge. Erst seit kurzem ist außerdem bekannt, dass er an der räumlichen Orientierung beteiligt ist. Das Limbische System als Ganzes ist zusätzlich für lebenserhaltende Funktionen wie den Sexualtrieb, die Nahrungsaufnahme und die Koordinierung der Verdauung verantwortlich.

Der Neokortex ist der jüngste und mit Abstand größte Teil des Großhirns. Der Neokortex stellt die eigentliche Oberfläche des Großhirns dar, die man auch von außen gut betrachten kann. Er liegt also im Gegensatz zu den vorangegangenen Strukturen nicht in der Tiefe des Gehirns. Er ist zuständig für die Erfassung von Informationen aus allen Bereichen des Körpers, sowie für die Interpretation, Assoziation und Weiterleitung. Er umfasst die motorischen Zentren für Körperbewegungen, sowie die Hör-, Sprach- und Sehzentren. Zudem ist er der Teil des Gehirns, der die jeweilige Persönlichkeit eines Menschen ausmacht. Dieser Teil wird als auch als der Präfrontale Kortex bezeichnet, weil er weit vorne, direkt hinter der knöchernen Stirn liegt. Wird dieser Teil des Neokortexes verletzt, resultieren daraus massive Persönlichkeitsveränderungen und -störungen. Zu guter Letzt beinhaltet er die Areale des Gehirns, die Sinnesempfindungen wie Schmerzen, Vibrationen und Temperaturunterschiede erfassen.

Die Großhirnrinde, in der Fachsprache auch als Cortex cerebri bezeichnet, ist von außen sichtbar und umhüllt das Gehirns. Sie wird auch als Graue Substanz bezeichnet, da sie im fixierten Zustand im Verhältnis zum Großhirnmark gräulich erscheint. Die Großhirnrinde enthält die Nervenkerne der Nervenbahnen, die in weitere Teile des Gehirns sowie den gesamten restlichen Körper ziehen.

Hier ist es wichtig den generellen Aufbau einer Nervenzelle  zu kennen. Nervenzellen oder Neurone bestehen aus einem Zellkörper, einem Axon, der einem langen Fortsatz ähnelt und vielen Dendriten. Dendriten sind so ähnlich wie Antennen und empfangen Signale von anderen Nervenzellen. Diese Informationen werden an den Zellkörper weitergeleitet und dort verarbeitet. Entlang des Axons können diese verarbeiteten Informationen teilweise meterweit fortgeleitet werden.

Am Ende des Axons befinden sich Synapsen. Sie dienen der Informationsweitergabe an nachgeschaltete Nerven-, Muskel- oder Drüsenzellen. Die Zellkörper liegen gesammelt und geordnet in sechs Schichten in der Großhirnrinde. Sie empfangen Signale aus dem Körper in anderen Schichten als jene aus dem restlichen Gehirn. Auf diese Weise erfolgt eine gewisse Vorsortierung. Je nachdem, von wo die Information stammt, wird sie an unterschiedliche weitere Nervenzellen fortgeleitet.

Die Großhirnrinde dient unter Anderem also als große Umschlagstelle einkommender Reize und Signale, die an die richtigen Bereiche verteilt werden müssen, um eine sinnvolle Verarbeitung zu gewährleisten. Es beinhaltet die zwei Sprachzentren. Das eine dient der Erkennung und Interpretation gesprochener und geschriebener Inhalte. Das zweite ist für die motorische und sinnige Produktion von Sprache, also Wörtern und Sätzen zuständig.

Im dorsalen, also dem Rücken zugewandten, hintere Teil des Gehirns und der Hirnrinde liegt das Zentrum fürs Sehen. Es ist mit weiteren Zentren verbunden, die das Gesehene Interpretieren. In welches dieser Zentren die Informationen weitergeleitet werden, hängt unter anderen davon ab, welche Farbe das Gesehene hat, ob es sich bewegt oder stillsteht. Ebenso werden Gesichter an anderen Stellen interpretiert. Die Areale zur Gesichtserkennung anderer Menschen und auch der eigenen Person sind wiederum mit emotionalen Zentren verbunden, um nur mal einen Einblick in die Komplexität des Großhirns zu geben.

Natürlich gibt es in der Rinde auch eine Region für das Hören. Den größten Teil nimmt jedoch der sogenannte Motorische Kortex ein. Er ist für die Koordinierung von Bewegungen verantwortlich. Dazu arbeitet er eng mit dem somatosensorischen Kortex zusammen, der Sinneseindrücke zusammenführt. Dazu gehört auch die Propriozeption, auch Tiefenwahrnehmung genannt. Sie gibt Auskunft zur Lage der Muskeln und Gelenke zueinander, damit das Gehirn genau weiß, wo sich grade welcher Muskel befindet, um dann zielgerichtet Bewegungen einleiten und koordinieren zu können. Zu den Sinneseindrücken gehören auch der Tast-, Temperatur-, Vibrations- und Schmerzsinn.

Für das Bewusstsein und die Persönlichkeit eines Menschen ist der Präfrontale Kortex zuständig. Er ist eng mit dem Gedächtnis und den emotionalen Arealen des Gehirns vernetzt.

Erst die Großhirnrinde macht also das Denken in der Form, in der der Mensch es betreiben kann möglich und führt dazu, dass wir uns unserer Selbst bewusst sind.

Das Großhirnmark wird auch als weiße Substanz bezeichnet. Es ist aus einem Geflecht aus Versorgungs- und Stützzellen aufgebaut, zwischen denen die Nervenfortsätze, die Axone, in Bündeln verlaufen. Diese Bündel werden zu Bahnen zusammengefasst.

In der weißen Substanz liegen keine Zellkörper. Ihre Aufgabe besteht also in der Sortierung der Nervenbahnen und deren Versorgung. Besonders große Bahnen werden auch als Fasern bezeichnet, da man sie am eröffneten Gehirn mit bloßem Augen erkennen kann. Sie sehen dann, wie der Name andeutet, wie Fasern aus. Assoziationsfasern transportieren Informationen innerhalb einer Großhirnhälfte von einem Rindenbereich zum anderen, während Kommissurenfasern die Rindenareale der beiden Hemisphären untereinander verbinden. Zuletzt werden noch Projektionsfasern unterschieden, die Nervenkerne in der Rinde mit Nervenkernen in der Tiefe des Gehirns verbinden. Diese drei Fasergruppen verlaufen ausschließlich im Großhirn.

Darüber hinaus beinhaltet das Großhirnmark Bahnsysteme, die in das Kleinhirn, den Hirnstamm, das Rückenmark und die Extremitäten münden und auf diese Weise das Großhirn mit weiteren Strukturen des Zentralen und peripheren Nervensystems verbindet.

Die Zellen, die im Großhirnmark für die Versorgung und den Erhalt der Nervenzellen verantwortlich sind, werden Gliazellen genannt. Zu den Gliazellen des Zentralen Nervensystems gehören die Astrozyten, Oligodendrozyten, Mikroglia und Ependymzellen.

Die Astrozyten dienen vor allem als Stützzellen und sind am Aufbau der  Blut-Hirn-Schranke beteiligt. Sie umgeben also Blutgefäße, die am Gehirn verlaufen, und verhindern, dass Schadstoffe und Gifte in das Gehirn gelangen können.

Oligodendrozyten umgeben die langen Axone  der Nervenzellen. Auf diese Weise schützen sie die Axone, versorgen sie mit Nährstoffen und isolieren sie. Die Isolierung funktioniert ähnlich wie bei gewöhnlichen elektrischen Kabeln und sorgt dafür, dass Informationen schneller und sicherer entlang der Nervenfortsätze weitergeleitet werden.

Wie auch im restlichen Körper entstehen im Gehirn Abfallprodukte aus Stoffwechselvorgängen. Diese werden von den Mikroglia aufgenommen und abtransportiert.

Bleiben zu guter Letzt noch die Ependymzellen. Sie bilden eine dünne Schicht auf der Großhirnrinde, wodurch die Rinde von den Liqourräumen getrennt wird. Die Liquorräume sind mit dem Liquor, einer Flüssigkeit, gefüllt. In dieser Flüssigkeit schwimmt das Gehirn. Es wird durch den Liquor versorgt, geschützt und kann an ihn Abfallprodukte abgeben, die dann zum Entsorgen in den Körper transportiert werden. Die Ependymzellen sind also streng genommen nicht Teil des Großhirnmarks, werden jedoch trotzdem zu den Versorgungszellen des zentralen Nervensystems gezählt.

Obwohl die beiden Großhirnhälften von außen betrachtet identisch aussehen, weisen sie gewisse Unterschiede in ihrer Funktion auf. Sie werden in eine dominante und eine nicht-dominante Hemisphäre unterschieden. Definitionsgemäß ist diejenige Hemisphäre die dominante, die motorisch und sensorisch Sprache verarbeitet. Während die sensorische Interpretation im Wernicke-Sprachzentrum stattfindet, ist das Broca-Areal für die Formung und Planung von Wörtern und Sätzen, also die motorische Komponente des Sprechens verantwortlich. Diese beiden Areale liegen demnach fast immer in der dominanten Hirnhälfte. Interessanterweise gilt das Wernicke-Zentrum dabei als das rationale Sprachzentrum, das zum Verständnis einer Sprache führt.

Hingegen liegt in der nicht-dominanten Hälfte des Gehirns das Sprachzentrum zur Verarbeitung nonverbaler, musikalischer Höreindrücke. Bei Linkshändern ist die rechte Hemisphäre meistens die dominante, bei Rechtshändern die linke. Dies liegt daran, dass die Motorik und Sensorik der einen Körperhälfte jeweils in der gegenüberliegenden Hemisphäre geplant und interpretiert werden.

Nur einseitig auf der nicht-dominanten Hälfte kommt außerdem der posteriore parietale Kortex (=hinterer Teil der seitlich liegenden Großhirnrinde) vor. Dieser ist relevant für die räumliche Orientierung.

Das Kleinhirn  liegt hinten im Schädel, unterhalb des Großhirns. Auch als Cerebellum bekannt, dient es als Leitstelle für die Koordinierung, Erlernung und Feinabstimmung von Bewegungsabläufen. Dazu erhält es Informationen aus dem Gleichgewichtsorgan im Ohr, dem Rückenmark, den Augen  sowie dem Mittel- und Großhirn.

Das Großhirn und das Kleinhirn arbeiten also zusammen, wenn Bewegungsabläufe geplant und durchgeführt werden sollen. Informationen fließen dabei immer über zwischengeschaltete Strukturen und niemals direkt vom Groß- zum Kleinhirn, beziehungsweise zurück. So ist das Großhirn über sogenannte kortikopontine Bahnen mit dem Pons, einer Struktur im Hirnstamm, verbunden. Dieses leitet die Pläne zum Ablauf einer Bewegung dann an das Kleinhirn weiter. Das Kleinhirn wiederum arbeitet die von der Großhirnrinde produzierten Pläne aus und schickt sie über den Thalamus  an die Großhirnrinde zurück.

Der Thalamus  liegt im Zwischenhirn  und dient als Filter für einkommende Signale zum Großhirn.

Die Nervenbahnen, die vom Großhirn zum Kleinhirn ziehen und umgekehrt überkreuzen sich auf ihrem Weg. Dies ist relevant bei der Ermittlung von Störungen im Bewegungsablauf und muss bei der Diagnostik berücksichtigt werden.