Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
Integrative
Funktionen des Nervensystems, Physiologie des Verhaltens
Parietal- und Okzipitallappen
© H. Hinghofer-Szalkay
Agnosie: ἀ = Verneinung, γνώσις = Erkenntnis
Agraphästhesie: γραφή = Schrift, αἴσθησις = Wahrnehmung
Akinetopsie: κίνησις = Bewegung, ὄψις = Sehen
Aphasie: ἀφασία = Sprachlosigkeit (φαίνο = (er)scheinen)
Apraxie: πρᾶξις = Tat, Handlung
Aprosodie: προσῳδία = Zugesang (πρός hinzu, ᾠδ- singen)
Astereognosie: στερεός = räumlich, γνώσις = Erkennen
Ataxie: τάξις = Ordnung, Ausrichtung
Bálint-Syndrom: Rezsö Bálint
Dysgraphie: δυς = miss-, γραφή = Schrift
Dyslexie: λέξις = Sprache
Gerstmann-Syndrom: Josef Gerstmann
Neglekt: neglegere = nicht wissen
okzipital: oc- = entgegen, gegenüber; caput = Kopf (occiput = Hinter-Kopf)
parietal: paries = Wand (os parietalis = Scheitelbein)
Penfield-Homunculus: Wilder Penfield; homo = Mensch, homunculus = Menschlein
Prosodie: πρός = nach .. hin, ᾠδή = eigentlich; "Zugesang"
Prosopagnosie: πρόσωπον = Gesicht, ἀγνωσία = Nichterkennen (γνῶσις = Wissen, (Er-) Kenntnis)
somatotop: σῶμα = Körper, τόπος = Ort
Scheitel-
und Hinterhauptlappen verarbeiten somatische (parietal) und visuelle
Sinnesinformation (okzipital) - gemeinsam stehen sie im Dienst der
Orientierung des Körpers.
Der Parietallappen integriert diese Information in die motorische Strategie.
-- Der obere Teil empfängt Information vom magnozellulären System des Okzipitallappens (dorsale Route,
posteriores "Aufmerksamkeitssystem"), bearbeitet das "Wo" und "Wohin"
und projiziert zu Frontallappen und multimodalen Assoziationskortizes.
-- Der untere Teil erhält Impulse aus dem parvozellulären Okzipitalsystem - er analysiert Details über das "Was" (Größe, Form, Beschaffenheit von Gegenständen) und projiziert über die ventrale Route in den Temporallappen, wo die Information mit der aus anderen Sinneskanälen integriert wird.
Der Parietallappen enthält eine retinotope Karte der Umwelt und
analysiert binokulare Information, was für die Steuerung der
Zielmotorik - insbesondere von Greifbewegungen - entscheidend ist.
Der Okzipitallappen bearbeitet
in kortikalen Zellverbänden (Dominanzsäulen) visuelle
Information - er abstrahiert optische Merkmale und synthetisiert einen
bildlichen Gesamteindruck dessen, was in der Umwelt vor sich geht. Der Großteil des visuellen Kortex liegt im sulcus
calcarinus, die fovea centralis nimmt (mit ~1% der Netzhautfläche) etwa
50% der gesamten primären Sehrinde in Anspruch (präzise Information über fixierte Gegenstände).
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Übersicht Gyrus postcentralis Oberer Parietallappen Unterer Parietallappen Assoziationskortex, Korrelat des Bewusstseins Okzipitallappen
Praktische Aspekte
Core messages
Posteriore Kortexanteile verarbeiten sensorische Information: Der Parietallappen vom Körper (somatosensorischer Kortex), der Okzipitallappen von
der Netzhaut stammende (visueller Kortex). An Parietal- und
Okzipitallappen angrenzende Anteile des Temporallappens enthalten das
Hörzentrum (auditiver Kortex).
Der Parietallappen verarbeitet somatische Information, er dient der Raumwahrnehmung und Orientierung
Abbildung: Teile des Parietallappens
Nach einer Vorlage bei Banich / Compton, Cognitive Neuroscience, 4th ed., Cambridge Univ Press 2018
Oben Lateralansicht, unten Medialansicht.
Der
Parietallappen ist nach vorne durch die Zentralfurche vom Frontallappen
separiert, die Grenze zum Temporallappen läuft teilweise entlang der
Seitenfurche. Der sulcus (die fissura) parieto-occipitalis trennt den Parietal- vom Okzipitallappen. Der
Precuneus liegt zwischen gyrus cinguli, dem lobulus paracentralis und
dem Okzipitallappen, zu letzterem gehört der Cuneus (vgl. unten).
Der
Parietallappen steht im Dienst der Somatosensorik, Haptik und Selbstwahrnehmung, der Identifikation ("was?") und
Raumortientierung ("wo, wohin?"), und unterstützt Zielmotorik und
Koordination. Der Präcuneus unterstützt Aufmerksamkeit und Kognition, er ergänzt Lernprozesse des Hippocampus.
Augen- und Zielbewegungen stützen sich auf Hinweise aus dem gesamten Parietallappen, Greifbewegungen auf solche aus anterioren Teilen des unteren Parietallappens. Propriozeptive Information zielt schwerpunktmäßig auf den Präcuneus, visuelle vor allem auf den Cuneus
Der Parietallappen erfüllt zwei Funktionen im Rahmen motorischer
Programmieraktivität: Er vermittelt zwischen sensorischer Information
und (auch Okulo-) Motorik (obere Parietalregion) einerseits, und er trägt andererseits zur
Ausführung komplexer erlernter Handlungen bei (untere Parietalregion, Abbildung). Dabei ist er (im Gegensatz zum Kleinhirn, das
erwartungsbasierte "Vorwärts-Programme" generiert) in der Lage,
ablaufende motorische Programme "online" zu korrigieren, falls aktuelle
sensorische Information von Erwartungswerten abweicht (etwa, wenn man
einen Gegenstand aufhebt, der viel leichter oder schwerer ist als
erwartet). Das ermöglicht Flexibilität während des Ablaufs geplanter
Bewegungen, und zwar entsprechend etwaiger während der Durchführung
aufgetretener Störgrößen.
Der obere Parietallappen
integriert sensorische (propriozeptive, kinästhetische) Impulse in
Bewegungen der Augen und Extremitäten, wobei er in einem räumlichen
Koordinatensystem (spatial map) navigiert. Der Präcuneus konzentriert sich auf propriozeptive Information, um Greifbewegungen zu steuern; der schon zum Okzipitallapen gehörende Cuneus stützt sich vor allem auf visuelle Hinweise.
Zur Steuerung von Sakkaden s. dort
Der Parietallappen dient der Orientierung:
Wie sieht die
unmittelbare Umgebung aus?
Was ist wo, bewegt sich wohin?
Was befindet
sich in der Hand?
Wie ist dieses Bild in die motorische Strategie
einzubauen?
Senso-motorisches Feedback:
Dabei transformiert der Parietallappen Information aus einem
Koordinatensystem der sensorischen Welt (Propriozeption, Kinästhetik)
in ein motorisches Koordinatensystem und unterstützt bzw. steuert die
Auswahl bzw. Durchführung angemessener motorischer Programme. Anteriore
Anteile des Parietalkortex (Präcuneus) reagieren vor allem auf
propriozeptive, posteriore (Cuneus) eher auf visuelle Information.
Läsionen im posterioren Parietalkortex können dazu führen, dass betroffene Personen zwar wissen, wann
sie eine Bewegung begonnen haben, sich aber nicht erinnern können, diese
Bewegung intendiert zu haben. Das spricht dafür, dass der Parietalkortex ein inneres prädiktives Modell
einer bevorstehenden Bewegung erstellt und damit am Gefühl einer
willkürlichen Kontrolle der Motorik (Stichwort freier Wille, s. Bereitschaftspotentiale) beteiligt ist.
Weiters ist der Parietallappen an der Aufrechterhaltung des
Arbeitsgedächtnisses und damit dem Aufbau von Erinnerungen beteiligt.
Die hintere Zentralwindung (gyrus postcentralis)
und angrenzende parietale Rindengebiete beinhalten den
somatosensorischen Kortex, in dem somatosensorische Wahrnehmungen verarbeitet werden. Dazu gehören
primär-sensible Areale (S1) in den Brodmann-Arealen 3, 1 und 2,
sekundär-sensible Assoziationsareale (S2) in Teilen der Brodmann-Areale 40 und 43,
weitere parietale somatosensorische Gebiete - Brodmann
5, 7 (oberer Parietallappen),
39, 40.
Die Rinde ist
somatotop organisiert, d.h. sie entspricht in ihrer Strukturierung
einer (wenn auch "verzerrten", d.h. nach der funktionellen Bedeutung
gewichteten) "Karte" der Körperoberfläche (sensorischer Penfield-Homunculus , Abbildungen).
Das gilt auch für andere Species - die "Verzerrung" richtet sich nach
der jeweiligen sensorischen Bedeutung der betroffenen Körperareale,
z.B. Vibrissen (Schnurrhaare) bei vielen Tieren ( Abbildung).
Abbildung: Projektion des Körpers auf den somatosensorischen Kortex bei verschiedenen Species
Nach einer Vorlage bei neurobiography.info
Die
Verzerrungen der Proportionen spiegeln die relative Bedeutung der
Körperareale für die somatosensorische Informationsverarbeitung in der
Gehirnrinde wider.
Mit der kortikalen Fläche steigt das betreffende Auflösungsvermögen (und die Präzision der Bewegungen)
Der somatosensorische Kortex hat mindestens 10 komplette somatosensorische Projektionen
(Karten) des Körpers: 4 in S1 (jeweils eine in area 3a, 3b, 1 und 2), 4 in S2, mindestens 2 weitere im hinteren Parietalhirn. Vom
Thalamus kommt Information der Tiefensensibilität (z.B. Muskelspindeln) zu
area 3a, der Oberflächensensibilität (Druck, Berührung, Vibration) in die
area 3b, "Kommentare" zur Oberflächensensibilität in die
area 1; und diese projizieren wiederum in die area 2.
Neurone
in area 3a und 1 verarbeiten Detailinformation über die Textur
berührter Oberflächen, solche in area 2 über Größe und Gestalt
berührter Objekte. Neurone in den Brodmann-Arealen 1 und 2 der
primär-sensorischen Rinde S1 kümmern sich eher um abstraktere Aufgaben als lediglich
die Repräsentation einfacher rezeptiver Felder, etwa wie die
gleichzeitige Aktivierung mehrerer rezeptiver Felder, wie sie z.B. beim
Berühren / Ertasten von Gegenständen auftritt (Formerkennung).
Sekundär-sensible Areale (S2) bearbeiten diese Attribute weiter und führen
taktile Information mit solcher aus anderen Sinneskanälen zusammen. Vermutlich sind sie auch für Stereognosie
(dreidimensionale Wahrnehmung fester Objekte) zuständig. Rezeptive
Felder in S2 sind größer als in S1 (z.B. eine ganze Hand) und können
bilateral organisiert sein, was das Erkennen größerer und komplexerer
Objekte erleichtert.
Die kortikale Informationsverarbeitung beginnt in primären sensorischen
Arealen in der hinteren Zentralwindung und schreitet von dort zu
unimodalem Assoziationskortex (z.B. prämotorischer Kortex, hintere
Parietalrinde) und weiter zu multimodalem Assoziationskortex fort (z.B.
temporale Assoziationsrinde, parahippocampaler Kortex, gyrus cinguli).
Die S2-Gebiete nehmen dabei eine Verteilerfunktion wahr. Auf diese Weise werden immer mehr Aspekte einbezogen, das Muster
berücksichtigter Information gewinnt an Komplexität.
Unter Sinnesmodalität versteht man einen Empfindungskomplex (z.B. Fühlen vermittelt durch die Haut, Sehen vermittelt durch das Auge, etc). Unimodal ist Information, die nur eine Modalität betrifft, multimodal eine gemischte, mehrere Modalitäten enthaltende.
Abbildung: Gyrus postcentralis / somatosensorischer Penfield-Homunculus
Nach einer Vorlage in thebraingeek.blogspot.co.at
Am stärksten sind Körperpartien repräsentiert, die besonders gut (dicht) mit sensorischen Systemen ausgestattet sind.
Motorischer Homunculus s. dort
Die somatotope Repräsentation ist dynamisch (map plasticity): Bei Ausfall von Eingängen aus der Peripherie (z.B. Amputation eines Fingers) kann der entsprechende
Kortexabschnitt auf benachbarte Finger "umlernen". Umgekehrt wächst das
Projektionsgebiet in der Hirnrinde bei Training der Peripherie, z.B.
der Tastleistung bestimmter Finger. (Geigenspieler trainieren z.B. den
Tastsinn ihrer Finger der linken Hand, und die entsprechenden
Repräsentationsareale in ihrem rechten Parietalkortex werden größer,
wie fMRI-Untersuchungen ergeben haben.) Wie das funktioniert, ist noch unklar - vielleicht ähnlich wie bei Lernprozessen im limbischen System.
Das Brodmann-Areal 3 wird als primärer sensorischer Kortex (S1) bezeichnet: Es erhält den
Großteil der Information aus sensorischen Feldern über thalamokortikale
Projektionsfasern (diese enden vorwiegend in lamina IV), ihre Empfindlichkeit ist spezifisch somatosensorisch.
Somatosensorische Information von der Tiefensensibilität (Muskeln, Gelenke: Propriozeption) gelangen in die area 3a, solche von der Körperoberfläche in area 3b. (Läsionen dieser Gebiete machen somatosensorische Empfindungen unmöglich.) Der thalamische
nucl. ventralis posterior superior (VPS) vermittelt propriozeptive
Impulse (zu 3a), der nucl. ventralis posterolateralis (VPL)
somatosensorische aus Rumpf und Extremitäten, der nucl ventralis
posteromedialis (VPM) aus Gesicht und Mund (zu 3b).
Die Kortexareale sind säulenförmig organisiert (kortikale Kolumnen) - 300-600 µm breit und alle 6 Schichten der Rinde durchspannend. Es sind dies die basalen Recheneinheiten der Hirnrinde; sie sind somatotop organisiert. Thalamische Afferenzen schalten vorwiegend in der lamina IV
- deren Axone ziehen u.a. zur Oberfläche der Hirnrinde und zu
Pyramidenzellen (diese machen etwa 80% der S1-Neurone aus). Der
wichtigste Output aus der Kolumne kommt von Neuronen in lamina V (die
vorwiegend aus den laminae II und III angeregt werden).
Jedes Kortexareal hat spezifische Fähigkeiten. Neuronen in 3b senden zur area 1 vorwiegend Information über Beschaffenheit (Textur), zu area 2 solche über Gestalt und Größe berührter Gegenstände. (Läsionen der area 1 oder 2 haben entsprechende sensorische Beurteilungsschwierigkeiten zur Folge.) Die Brodmann-Areale 1 und 2 erkennen u.a. die Richtung von Bewegungen ertasteter Gegenstände - Neuronen der area 3a und 3b alleine können das nicht. Der
in der Tiefe des sulcus centralis gelegene Teil 3a verarbeitet zusammen
mit areae 1, 2, 5 und 7 ebenfalls somatische Information.
Der primäre somatosensorische Kortex repräsentiert Sinneseindrücke (Berührung, Druck, Vibration, Temperatur, Schmerz) in
der jeweiligen Gewichtung
(dicht mit Rezeptoren besetzte Körpergebiete - wie Zunge, Lippen,
Finger - beanspruchen entsprechend umfangreiche Rindengebiete, Abbildung) und dient der haptischen Wahrnehmung.
Die Rezeptoren liegen entweder in der Haut (Exterozeptoren,
Oberflächensensibilität) oder im Inneren des Körpers (Propriozeptoren,
Tiefensensibilität).
Die über Hinterstränge und Thalamus übermittelten Signale der
Somatosensibilität werden auf den primären somatosensorischen Kortex
projiziert; hier wird auch die Lokalisation der Reize auf der Körperoberfläche sowie die Erfassung der Reizstruktur mit einer bestimmten Zweipunkt-Diskrimination (Auflösungsvermögen) vorgenommen. Ist der somatosensorische Kortex auf einer Seite beschädigt, kann sich die Zweipunktschwelle auf der Gegenseite deutlich erhöhen.
Abbildung: Brodmann-Areale (vg. dort)
Nach Dubin M, Colorado State University
Die wichtigsten funktionellen Zuordnungen:
1,2,3 .. Somatosensorik
4 .. Motorik (primär)
6 .. Prämotorisch und supplementär-motorisch
8 .. Augenbewegungen
17 .. Sehrinde (primär)
18, 19 .. Sehrinde (sekundär, tertiär)
22 .. Sprachverständnis (Wernicke)
23, 24 .. Teile des gyrus cinguli
28, 34 .. Geruch (Entorhinaler Kortex)
37 .. Gesichtserkennung (gyrus fusiformis)
39, 40 .. (gyrus angularis, gyrus supramarginalis) Übergang sekundäre → tertiäre Assoziationsgebiete
41 .. Hören (primär)
42 .. Hören (sekundär)
44, 45 .. Sprachmotorik (Broca)
Zonen mit hohem Bedarf an zerebraler Bearbeitung sind
entsprechend stark repräsentiert (z.B. Lippen, Gesicht, Hand). Diese
Projektionen sind kontralateral organisiert (rechte Körperhälfte →
linke Zentralwindung und umgekehrt).
Der somatosensorische Kortex besteht aus primär-sensiblen Arealen (S1, Brodmann 3, 1 und 2 - gyrus postcentralis) und sekundär-sensiblen (Assoziations-) Arealen (S2, Brodmann 40 und 43, ventral und dorsal an S1 anschließend, Abbildung).
Zellen aus der gesamten postzentralen Windung projizieren zum
sekundären somatosensorischen Kortex. Dieser liegt um den sulcus
lateralis und umfaßt auch die Brodmann-Areale 40 und 43.
Auf der
dominanten Seite hat der Parietallappen
schwerpunktmäßig motorische,
auf der nichtdominanten räumliche Orientierungsfunktion.
Ausfälle im
Bereich des Parietallappens können sich in (meist kontralateralem) Nichterkennen von Teilen des eigenen Körpers oder der Umwelt auswirken (Neglect-Syndrom).
Der obere Parietallappen projiziert u.a. zu den motorischen
Gebieten des Frontallappens, der untere u.a. zum multimodalen Assoziationskortex
und zum dorsolateralen präfrontalen
Gebiet - der Stelle des Gehirns, 'wo sich Vergangenheit und Zukunft
treffen'.
Der obere Parietallappen macht sensible Empfindungen bewusst (dazu ist eine kombinierte Leistung von primären und sekundären sensorischen Rindenfeldern erforderlich). Er fragt nach dem 'wo' und 'wohin' und nutzt dabei Information der visuellen Rinde des Okzipitallappens ("dorsale Route") aus dem magnozellulären System
(Schichten 1 und 2 im seitlichen Kniehöcker). Deren Neurone sind groß,
dendritenreich und haben dicke, leitungsschnelle Axone. Sie sind mit
großen rezeptiven Feldern der Netzhaut verbunden.
Der funktionelle
Schwerpunkt dieses Systems liegt bei der Analyse von Ort, Bewegung
sowie Handlungen.
Abbildung: Magno- und parvozellulärer Pfad
Nach einer Vorlage bei sciencewise.anu.edu.au
Zum magno-, parvo- und koniozellulären System s. dort
Der obere Parietallappen analysiert, wo sich ein Objekt befindet
und wohin es sich bewegt, und kann
einen Plan entwerfen, wie man es erreichen
kann (der dorsale Pfad beteiligt sich an der Steuerung der Motorik, soferne sie sich auf visuelle Hinweise stützt). Er ortet
und verfolgt Objekte auf der Haut,
in der nahen extrapersonalen und der visuellen Umgebung.
Die vorderen Teile
des oberen Parietallappens ermöglichen es, Gewicht
und Textur von Gegenständen abzuschätzen, die in der
Hand liegen.
Lange Verbindungsfasern zum Frontalhirn unterstützen
die Ausführung motorischer Pläne.
Der obere Parietallappen ist Teil des posterioren
'Aufmerksamkeitssystems'. Er wählt unter vielen eine Reizlokation
aus, der Beachtung geschenkt wird, und wendet die Aufmerksamkeit bei Bedarf
einem neuen Stimulus zu ('Neglekt' bei Läsion des Parietalhirns). Noradrenalin regt Neuronen zu dieser Zuwendungsfunktion
an; der rechte parietale Kortex erhält meist mehr noradrenerge Zuflüsse
als der linke.
Der untere Parietallappen
fragt nach dem 'was': Er integriert
Berührungs- und propriozeptive Informationen mit solchen des Gesichtssinns
mit dem Ziel, Objekte zu erkennen. Der visuelle Teil dieses Mechanismus (parvozelluläres System; "ventrale Route") projiziert in den unteren Temporallappen ( Abbildung).
Er ist farbempfindlich, erlaubt detailreiche, scharfe visuelle
Auflösung und analysiert Größe, Form und Textur von Objekten.
Die Region des gyrus angularis (zwischen
Okzipitallappen und Wernicke-Sprachzentrum) beteiligt sich an der Umsetzung
von Lesen zu Sprechen. Der gyrus angularis ist auch Teil des Default Mode Network ( s. dort).
Läsionen des unteren Parietallappens bewirken auf
der dominanten Seite Apraxie (Störungen der Ausführung zielgerichteter und koordinierter Bewegungen) und das Gerstmann-Syndrom (s. unten)
Läsionen auf der nichtdominanten Seite können
zu Aprosodie (=Unfähigkeit, emotionale Komponenten des Ausdrucks
- motorisch und / oder sensorisch - zu erkennen, benennen, oder sinnvoll
auszuüben) führen (diese Fähigkeit heisst Prosodie ).
Abbildung: Intraparietale Areale (schematisch, nach verschiedenen Quellen interpoliert)
An den sulcus intraparietalis grenzen sogenannte intraparietale Areale, wie
das hier angedeutete anteriore (AIP), laterale (LIP), mediale (MIP) und ventrale (VIP).
Es sind dies Projektionsgebiete des dorsalen (parietalen) Pfades aus
dem visuellen Kortex (Abbildung oben), aber auch anderer Bahnen,
insbesondere aus dem Frontalhirn (z.B. dem frontalen Augenfeld:
Fronto-parietale Projektionen). Die meisten Daten stammen von Studien,
die an Primaten vorgenommen wurden; die funktionellen Verknüpfungen
werden intensiv erforscht. Hier eine (vorläufige) Systematisierung:
AIP (anteriore intraparietale Region) - vermittelt visuelle Kontrolle von Handbewegungen (Greifen, Manipulation)
LIP (laterale intraparietale Region) - vermittelt visuelle Aufmerksamkeit und Kontrolle sakkadischer Augenbewegungen
VIP (ventrale intraparietale
Region) - vermittelt Aufmerksamkeit auf bestimmte Stellen,
Augenbewegungen, und visuelle Kontrolle von Zeigebewegungen
CIP (kaudale intraparietale Region) - vermittelt Tiefenwahrnehmung bei stereoptischer Betrachtung
MIP (mediale intraparietale Region) - vermittelt visuelle Kontrolle von Zielbewegungen (Zeigen, ergreifen)
Die für Zeige- / Zielbewegungen der oberen Extremität zuständige Region der medio-posterioren Parietalrinde wird auch als parietal reach region bezeichnet.
Die
Repräsentation der Umwelt im Parietallappen erfolgt nicht in einem
einzigen Areal (wie die retinotope Karte im primären visuellen Kortex),
vielmehr liegt eine multiple Repräsentation mit unterschiedlicher
funktioneller Spezialisierung vor (intraparietale Areale, Abbildung). Diese Areale teilen visuelle Information über die
Umwelt an prämotorische und frontale Rindengebiete zwecks Steuerung von
Willkürbewegungen mit.
Ein
laterales intraparietales
Areal (
LIP) enthält eine retinotope Karte der Konfiguration der
Umwelt und unterstützt das "Zielen" der
Blickmotorik.
Ein
ventrales intraparietales
Areal (
VIP) erhält Impulse aus verschiedenen Sinnessystemen und
beteiligt sich an sensorischer Referenzierung und Koordinierung.
Ein
mediales intraparietales Areal (
MIP) codiert
Zielmotorik
(Zeigen, Greifen) und ermöglicht z.B. die Einstellung korrekter
Griffkraft für das Halten eines Objekts entsprechend seiner räumlichen
Ausdehnung (z.B. Trinkgefäß vs. Kugelschreiber).
Ein
anteriores intraparietales
Areal (
AIP) erhält Information von beiden Augen (inklusive
Querdisparation), analysiert Gestalt, Größe, Abstand und Orientierung
von Objekten (vor allem zur Steuerung von Zielbewegungen).
Ein
kaudales intraparietales
Areal (
CIP) schätzt
räumliche Tiefe ein (Stereopsie).
Assoziativer Kortex und Bewusstsein
Die
Gesamtleistungen des Gehirns ergeben sich durch Zusammenarbeit der
beiden spezialisierten Hemisphären.
Abbildung: Funktionelle Verknüpfung von Kortexarealen
Nach verschiedenen Quellen kombiniert
Die spezialisierten Rindengebiete sind assoziativ miteinander verknüpft (Pfeile)
Assoziative
Areale sind eine entwicklungsgeschichtlich neuere
Errungenschaft (man findet sie im Primatengehirn) und haben
übergreifende Aufgaben:
Der präfrontale Assoziationskortex
des Stirnhirns (area 8, 9, 10, 45, 46) beeinflusst z.B. ästhetisches Empfinden und ethische
Erwägungen ("Sitz der Persönlichkeit");
der limbische Assoziationskortex am Vorderpol des
Schläfenlappens (area 38) koordiniert emotionale Impulse und Gedächtnisleistungen;
der
parieto-temporo-okzipitale Assoziationskortex (area 5, 7, 20, 21, 37) fasst Information
verschiedener Sinnesmodalitäten zusammen und teilt sie u.a. dem
limbischen System mit; weiters beteiligt er sich an der Erstellung motorischer Programme.
Sekundäre Assoziationscortices integrieren Aktivitäten einzelner Sinnesmodalitäten, tertiäre
übergeordnete Sinnesleistungen - z.B. visuelle, auditive, taktile und
kinästhetische Leistungen (parieto-temporo-okzipitale
Assoziationsfelder).
Bewusste Wahrnehmung: Der
komplexen Verschaltung parietaler, temporaler und okzipitaler
kortikaler Neuronengruppen liegt offenbar das Phänomen bewusster
Wahrnehmung zugrunde. Zur neurophysiologischen Untersuchung bewussten
Erlebens orientiert man sich an sogenannten neuronalen Korrelaten des Bewusstseins (neural correlates of consciousness, NCC). Definiert werden NCC als die für eine spezifische Bewusstseinserfahrung mindestens notwendigen Hirnaktivitäten.
Zur Eingrenzung der NCC wurden zunächst Hirnareale bestimmt, die für
deren Auftreten nicht notwendig sind, d.h. ohne deren Aktivität
bewusstes Erleben dennoch auftritt. Dazu gehören das Rückenmark
(paraplegische Patienten behalten ein vollwertiges Bewusstsein), das
Kleinhirn (für das Bewusstsein ebenfalls belanglos) oder das
Frontalhirn (Defekte können motorische und Persönlichkeitsveränderungen
hervorrufen, das Bewusstsein bleibt jedoch erhalten).
Treten Beschädigungen im parieto-temporo-okzipitalen
Hirnbereich auf, kann es hingegen zu deutlichen Einengungen bzw.
Störungen des Bewusstseins kommen. Umgekehrt treten bewusste
Erfahrungen auf, wenn man (z.B. mittels Magnetfeldstimulation)
Kortexareale in diesen Hirnregionen anregt. Während Versuchspersonen
bewusste Erlebnisse haben, lassen sich von ihrem posterioren Gehirn
breitflächige neuronale Aktivitäten registrieren (z.B. mittels Magnetresonanz- Enzephalographie). Man spricht daher von einer posterior hot zone (PHZ), also einer "hinteren heißen Zone" des Kortex, in der offenbar das Phänomen des bewussten Erlebens generiert wird.
Der Okzipitallappen verarbeitet visuelle Information
Der Okzipitallappen
(Hinterhauptlappen, lobus occipitalis, occipital lobe; Calcarina-Rinde, area 17: primäres Sehzentrum; areae 18 / 19:
sekundäres Sehzentrum) steht im Zeichen der Analyse der visuellen
Umwelt: Er empfängt in hochorganisierter Form Information von den
Netzhäuten und beurteilt sie nach definierten Merkmalen und
Eigenschaften (Mustererkennung, Farbanalyse, Bewegungsanalyse etc).
Visuelle Information wird in übereinander gelagerten Zellverbänden (Dominanzsäulen) verarbeitet. Spezifische Zellverbände sprechen auf bestimmte Muster (z. B. Linien spezifischer
Orientierung im Gesichtsfeld) an. So werden optische Merkmale aus dem
Gesamtmuster herausgefiltert („Eigenschaftsextraktion“) und diese
Elemente nach paralleler Merkmalsanalyse zu einem Gesamteindruck
fusioniert.
Das Brodmann-Areal 17 im sulcus calcarinus entspricht dem primären, die Areale 18 und 19 dem sekundären visuellen Kortex des Okzipitallappens.
Die Abbildung der Netzhaut auf die Sehrinde erfolgt
in sehr unterschiedlicher "Vergrößerung", was aus retinotopen
Karten deutlich wird ( Abbildung).
Der Großteil des
visuellen Kortex liegt im sulcus calcarinus verborgen. Die fovea
centralis projiziert auf ein großes Gebiet der Sehrinde, das ~1cm auf
die laterale Konvexität der Kalkarinarinde reicht.
Abbildung: Retinotope Projektion auf den visuellen Kortex
Nach Horton JC & Hoyt WF, The representation of the visual field in
human striate cortex: a revision of the classis Holmes map. Arch
Ophthal 1991; 109: 816-24
Linker
Okzipitallappen (paramedian), oben rechts normaler Situs, oben links
mit aufgespreizter Kalkarinarinde, mit Angabe der Exzentrizität
(=Entfernung von der fovea centralis in Bogengraden). Oberhalb der fovea centralis liegt der Cuneus (vgl. oben). Der horizontale Meridian (HM) läuft etwa die Kante der Kalkarinarinde entlang.
Unten rechts: Perimetrischer Befund mit Angabe der Exzentrizität
(links) und Winkelgrade im Gesichtsfeld (rechts). Der dunkelblau markierte
Bereich ist nur monokular abgedeckt.
Unten links: Retinotope Karte aus der Kalkarinarinde (auf Bildebene
projiziert). Die fovea (links) projiziert auf den Okzipitalpol, der zentrale
Bereich (bis 1 Grad Exzentrizität) auf die laterale Konvexität. Die obere Hälfte der Umwelt projiziert auf die untere Hälfte der Retina und auf die untere Kalkarinarinde (vertikaler Median grün gezeigt), vice versa für die untere Gesichtsfeldhälfte (vertikaler Median rot).
Schwarzes Oval: Blinder
Fleck
Das zentrale Sehen nimmt mehr als 50% der gesamten primären Sehrinde in
Anspruch. Der "Vergrößerungsfaktor", definiert als mm Kortexfläche pro
Grad Gesichtsfeld, beträgt hier ~40:1. Im Vergleich dazu repräsentiert
die in der Abbildung grau dargestellten Fläche des monokulären Sehens
nur ~5% des visuellen Kortex, soviel wie das zentrale 1 Grad um die
fovea.
Auch andere komplexe Vorgänge spielen sich im Hinterhauptlappen ab, wie z.B. Bindungsphänomene. So sind das Gesicht einer Bezugsperson und sein Ausdruck für die emotionale Orientierung eines Babys ein entscheidendes Reizmuster. Tatsächlich
bedingt die Reifung des Okzipitalhirns ab dem zweiten Lebensmonat ein
zunehmend komplexes soziales und emotionales Verhalten.
Mehr zu den Funktionen des Okzipitallappens s. dort
Agnosien :
Unter einer Agnosie im medizinischen Sinn versteht man eine Störung des
Erkennens, die meist auf einen Wahrnehmungskanal beschränkt ist.
So
werden bei
Prosopagnosie Gesichter nicht mehr erkannt,
der
Hemineglekt betrifft die der Hirnläsion kontralaterale Körperhälfte (
Neglekt-Syndrom:
Teile des Körpers oder der Umwelt werden nicht erkannt),
Dyslexie
ist eine Leseschwäche,
Akinetopsie eine fehlende Bewegungswahrnehmung
usw.
Viele Patienten sind sich ihrer Defizite nicht bewusst bzw.
schätzen das Ausmaß falsch ein.
Läsionen des Parietallappens bedingen das Balint-Syndrom
und Bewegungsagnosien.
Gerstmann-Syndrom (auch Angularis-Syndrom): Tritt
bei Läsionen im unteren dominantseitigen Parietallappen (gyrus angularis, "Lesezentrum") auf. Symptome sind
Bálint-Syndrom : Tritt bei Läsionen im Parietal- sowie Okzipitallappen
auf. Die Symptome sind weitgehender:
Läsionen im oberen Parietallappenbereich bewirken
Astereognosie
(Gegenstände können durch Ertasten nicht erkannt werden),
Agraphästhesie (auf die Haut gestreifte Symbole werden nicht erkannt),
Aphasie (Funktionsstörung der sprachdominanten Hemisphäre),
räumliche Agnosie,
sensorischen (Hemi-) Neglekt (Vernachlässigung einer Hälfte des Körpers, eines Objektes, oder des Raumes) und
Apraxie (Störung der Ausführung von Zielbewegungen).
Im lobus parietalis befinden sich Rindenareale für Orientierung,
räumliche Wahrnehmung und Körpernavigation: Lage und Positionsänderung
von Umgebungselementen und Extremitäten, Erarbeitung und Kontrolle von
Bewegungsstrategien. Bei Ausfall werden Teile des eigenen Körpers oder
der Umwelt nicht wahrgenommen (Neglect-Syndrom). Ferner organisiert der
Parietallappen Erinnerungsinhalte und kann diese abrufen
Der gyrus postcentralis vermittelt somatische Sensibilität. Die
Gewichtungen der somatotopen Repräsentation der Körperareale (gemäß dem
sensorischen Penfield-Homunculus) ändern sich (map plasticity), wenn
die Menge der zu verarbeitenden Information variiert (Training:
Vergrößerung, Ausfall: Verringerung der betreffenden Kortexfläche)
Der Großteil der Information aus sensorischen Feldern über
thalamokortikale Projektionen (vorwiegend in lamina IV) gelangt in das
Brodmann-Areal 3b und ist der primäre sensorische Kortex (S1), dieser
liefert (auch bei elektrischer Reizung) somatosensorische Empfindungen.
Seine Neuriten projizieren zum Brodmann-Areal 1 Information über
Textur,
zum Brodmann-Areal 2 über Gestalt und Größe. Die Areale 1 und 2
erkennen die Richtung von Bewegungen ertasteter Gegenstände (haptische
Wahrnehmung)
Der obere Parietallappen ist Teil des posterioren
Aufmerksamkeitssystems. Er erhält visuelle Afferenzen (magnozelluläres
System, "dorsale Route") und projiziert zum Frontallappen (motorische
Areale, multimodaler Assoziationskortex) Informationen über Objekte auf
der Haut, die visuelle Umgebung - Ort (wo?), Bewegung (wohin?) - sowie
Handlungsabläufe (Bewegungsplan)
Der untere Parietallappen integriert Berührungs- und propriozeptive
Informationen mit der Objekterkennung. Der visuelle Teil
(parvozelluläres System, "ventrale Route") projiziert in den unteren
Temporallappen, analysiert Größe, Farbe, Form und Textur von Objekten.
Läsionen bewirken Apraxie und Aprosodie
Assoziativer Kortex ermöglicht Bewusstsein und erfüllt übergreifende
Funktionen: Ästhetisches Empfinden, ethische Erwägungen ("Sitz der
Persönlichkeit") im präfrontalen Assoziationskortex; Emotionen und
Gedächtnis im limbischen Assoziationskortex; Integration und Erstellung
motorischer Programme im parieto-temporo-okzipitalen
Assoziationskortex. Bewusstsein erfordert breite Verschaltung
kortikaler Neuronengruppen. Neuronale Korrelate des Bewusstseins
(neural correlates of consciousness) nennt man die für eine spezifische
Bewusstseinserfahrung mindestens notwendigen Hirnaktivitäten
Der Okzipitallappen erhält visuelle Information und beurteilt sie nach
definierten Merkmalen und Eigenschaften (Mustererkennung, Farb- und
Bewegungsanalyse). Dies erfolgt in übereinander gelagerten
Zellverbänden (Dominanzsäulen) des visuellen Kortex, die auf bestimmte
Muster und Merkmale ansprechen („Eigenschaftsextraktion“), diese
parallel analysieren und einen visuellen Gesamteindruck aufbauen
Der visuelle Kortex liegt zum Großteil im sulcus calcarinus und erhält
vor allem Information aus der fovea centralis (Stelle des höchsten
optischen Auflösungsvermögens) |
Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen:
Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie
sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und
Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.