Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 

  
Integrative Funktionen des Nervensystems, Physiologie des Verhaltens

Hirnstamm und Zwischenhirn
© H. Hinghofer-Szalkay
Herring-Körperchen: Percy T. Herring
 locus coeruleus: himmelblauer Ort
Meynert-Kern: Theodor Meynert
nucleus ambiguus: ambiguus = doppelgestaltig, ungewiss, zweifelhaft
Okulomotorik: oculus = Auge, motor = Beweger (movere = bewegen)
Orexin: ὄρεξις, = Verlangen, Appetit
Pallidum: globus pallidus = weiße Kugel
Putamen: putamen = Schale (putare = beschneiden)
Raphekerne: ραφή = Naht (liegen an der Naht zwischen den beiden Hirnstammhälften)
Thalamus: θάλαμος = Kammer
Der Hirnstamm hat zahlreiche lebenswichtige Aufgaben; beispielsweise aktiviert sein retikuläres System das Großhirn so, dass Bewusstsein und Aufmerksamkeit entstehen, und erzeugt Motivation oder Aversion; Reflexzentren steuern viele automatisierte motorische Abläufe, u.a. die Augenmuskulatur (Blickmotorik). Atmungsapparat, Herz, Blutgefäße und Eingeweide stehen unter der Kontrolle des Hirnstamms.

 Die Medulla oblongata (verlängertes Mark) enthält Reflexzentren für Atmung und Säure-Basen-Haushalt, Blutdruckregulation, Niesen, Husten, Schlucken etc. Der nucleus tractus solitarii erhält viszerale Afferenzen von kardiovaskulären Rezeptoren, dem Respirationssystem, Geschmacksrezeptoren (Speichelsekretion) und dem gastrointestinalen System; der Schluckvorgang wird durch den nucl. ambiguus koordiniert.

 Die Pons (Brücke) beinhaltet Brückenkerne und Teile der formatio reticularis; sie kommuniziert insbesondere mit dem Kleinhirn und beteiligt sich auch an der Steuerung der Harnblase.

 Das Mesencephalon (Mittelhirn) steuert die Augenbewegungen und ist an der Extrapyramidalmotorik beteiligt. Die Mittelhirnhaube (tegmentum) enthält den nucl. ruber, Teile des nucl. niger (Basalganglien) und zahlreiche Hirnnervenkerne; das Mittelhirndach (tectum, Vierhügelplatte) steuert optische und akustische Reflexe und unterstützt die Zielmotorik.

 Das Zwischenhirn (Diencephalon) beeinflusst Muskeltonus und Bewegungsabläufe über noradrenerge, serotoninerge, dopaminerge und cholinerge Projektionen in das Vorderhirn; zu ihm gehören Thalamus, Hypothalamus (vegetativ-endokrines Regulationszentrum), globus pallidus (Motorik), Zirbeldrüse (Biorhythmen), Raphekerne und nucl. coeruleus (Konzentration, Schlafsteuerung u.a.).

Übersicht Medulla oblongata, nucl. tractus solitarii Pons, Mesencephalon Projektionen aus dem Hirnstamm Wachheit, Aufmerksamkeit, Bewusstsein Zwischenhirn   Thalamus Hypothalamus Magno- und parvozelluläre Gebiete
 
   Basales Vorderhirn      Epithalamus
Praktische Aspekte        Core messages
    
Als Hirnstamm bezeichnet man die neuronale Zwischenzone, die vom oberen Rückenmark (Spinalmark) bis zum Zwischenhirn (Diencephalon) reicht. Das Diencephalon wird manchmal dem Hirnstamm zugerechnet; jedenfalls enthält der Hirnstamm das Mittelhirn, die Brücke und das verlängerte Mark. Gemeinsam ist diesen Teilen die Verwaltung lebenswichtiger Grundfunktionen wie Atmung und Kreislauf, zahlreicher Reflexe, die Erhaltung von Gleichgewicht, Vorbearbeitung von Sinnesinformation (Hören, Sehen), Anregung des Großhirns etc. Bewusste Interaktion mit der Umwelt ist dem Hirnstamm alleine nicht möglich.

Man kann den Hirnstamm stark vereinfacht als das "Rückenmark für Kopf und Hals" bezeichnen: So wie das Rückenmark von Körperstamm und Extremitäten sensorische Informationen erhält und an diese motorische Impulse sendet, tut dies der Hirnstamm mit somatosensorischer Informationen aus dem Kopf-Hals-Bereich (dazu kommen auditorische, vestibuläre, Geschmacks- und viszerale Afferenzen) und sendet efferente Impulse zu Augen, Tränen- und Speicheldrüsen, der Muskulatur im Kopf-Hals-Bereich (inklusive Pharynx und Larynx) sowie an Organe in Thorax und Abdomen.

Folgende Strukturen bauen den Hirnstamm (verlängertes Mark bis Mittelhirn) auf:

    Absteigende motorische Bahnen für Stamm und Extremitäten (tr. corticospinalis)

    Aufsteigende sensorische Bahnen aus Stamm und Extremitäten (tr. spinothalamicus, Hintersäulen)

    Hirnnervenkerne und -faszikel (=Verbindung Kern-Nerv) im dorsalen Hirnstamm (motorische eher medial, sensorische lateral)

    Pedunculi cerebellares (Verbindungen mit dem Kleinhirn) im dorsalen Hirnstamm

    Retikuläres System und aufsteigende Projektionssysteme
 
Der Hirnstamm stabilisiert basale Körperfunktionen
 
Der Hirnstamm besteht aus verlängertem Mark (medulla oblongata), Brücke (pons) und Mittelhirn (mesencephalon). Er enthält den nucleus ruber (im Mittelhirn), die formatio reticularis (pontiner und medullärer Teil), sowie die Vestibulariskerne.

 
Abbildung: Vegetative Zentren im Hirnstamm
Nach einer Vorlage in Silverthorn, Human Physiology, an integrated approach, 4th Int'l ed. 2007, Pearson / Benjamin Cummings
Der Hirnstamm steuert das kardiovaskuläre System, die Atmung, Elemente der posturalen Motorik und der Fortbewegung, sowie zahlreiche Schutzreflexe
Der Hirnstamm enthält lebenswichtige Zentren (Atem- und Kreislaufzentrum) und steuert komplexe Reflexe mit unterschiedlichen  Aufgaben, z.B. der Erhaltung des Gleichgewichts.

Auch das Zwischenhirn (Diencephalon, bestehend aus Thalamus, Hypo-, Sub-, Epithalamus) wird oft dem Hirnstamm zugerechnet. Dieses enthält umfangreiche Kerngebiete, die sensorische, motorische, vegetative, hormonelle, emotionale sowie stimmungs- und aufmerksamkeitssteuernde Funktionen haben.

      Zu motorischen Aufgaben des Hirnstamms s. dort.

Dazu gehört
 
      die Stabilisierung des Körpers gegen die Wirkung der Schwerkraft (posturale Motorik: Halte- und Stellreflexe)
 
      Schutzreflexe, wie Corneal-, Husten-, Nies- und Würgereflex
 
      die Modulation des Lokomotionsgenerators im Rückenmark, wie die Anpassung der Gehbewegungen an die Geschwindigkeit der Fortbewegung (Schreiten bis Laufen).
 

Medulla oblongata
 
In der medulla oblongata befinden sich Reflexzentren für Herzfunktion, Kreislauf, Atmung, sowie Neuronengruppen für die Kontrolle des Nies-, Husten-, Schluck-, Saug- und Brechreflexes untergebracht. Weiters befinden sich hier Chemorezeptoren für den Säure-Basen-Haushalt.

  Einer der zentralen Kerne der medulla oblongata ist der nucleus tractus solitarii ( Abbildungen unten). Er besteht aus einer Gruppe von Kernen, die viszerale Afferenzen aus dem N. facialis (VII), glossopharyngeus (IX) und vagus (X) über den Zustand folgender Systeme erhalten:

     von kardiovaskulären Rezeptoren (Carotissinus, Aortenbogen, Herzräume, Lungengefäße: Kreislaufreflexe)
 
     aus dem Respirationssystem (Chemorezeptoren: Atmungssteuerung)
 
     aus dem gastrointestinalen System (Mechano- und Chemorezeptoren, Beeinflussung des Nahrungsaufnahmeverhaltens)
 
     von Geschmacksrezeptoren (daher auch "Geschmackskern": Speichelsekretion,  Kaubewegungen, Schluckreflex).
 
     sensorische Informationen aus dem Mittelohr (plexus tympanicus)

Zu viszerosensiblen Afferenzen s. auch dort
 
   
Abbildung: Kerngebiete im Hirnstamm des Menschen
 Nach einer Vorlage in Berkowitz AL, Clinical Neurology & Neuroanatomy: A Localization-Based Approach, 2nd ed. Mc Graw Hill 2022
Links: Dorsalansicht des Hirnstamms (Kleinhirn entfernt).
 
Rechts: Schnitte durch Mittelhirn, Brücke und verlängertes Mark. Die Lage der Hirnnervenkerne und Faseraustritte ist dargestellt.
 
Nucl. solitarius (solitary nucleus) = nucleus tractus solitarii. Dieser Komplex liegt in der medulla oblongata und besteht aus mehreren sensorischen Kernen. Diese erhalten und bearbeiten Information von Geschmacksrezeptoren, Eingeweiden (Thorax, Abdomen) und dem Mittelohr über den VII, IX. und X. Hirnnerven und projizieren ihrerseits auf mehrere Kerne des Hirnstamms (locus coeruleus, nuclei raphe) und Zwischenhirns (Hypothalamus, Thalamus) sowie in das limbische System

Efferenzen von den Solitariuskernen projizieren einerseits auf weite Teile des Gehirns (Hirnstammkerne - Raphekerne, locus coeruleus -, Hypothalamus, Mandelkerne), andererseits zum dorsalen motorischen Vaguskern und von hier über parasympathische Fasern in die Peripherie (Herz, Gefäße, Speicheldrüsen, Pharynx, Oesophagus, Magen-Darm-Trakt).
 
       Über Hirnnerven und ihre Funktionen s. dort

     Im Tegmentum der medulla oblongata befindet sich der nucleus ambiguus ( Abbildung rechts unten), ein viszeromotorischer Kern, der Afferenzen aus der Großhirnrinde sowie dem Spinalkern des Trigeminus (V.) erhält. Seine Efferenzen ziehen über den IX., X. und XI. Hirnnerven zu Muskeln des Rachens, Gaumens und Kehlkopfs; dadurch beeinflusst er u.a. den Schluckvorgang sowie für das Sprechen benötigte motorische Systeme.

Läsionen des nucl. ambiguus äußern sich in nasaler Sprache, Schluckstörung (Dysphagie), Stimmstörung (Dysphonie); die Uvula ist auf die Gegenseite verzogen.

Brücke und Mittelhirn
 
  Die Brücke (pons) stellt sozusagen ein Verbindungsstück zwischen Rückenmark, Kleinhirn und Mittelhirn dar.

      Sie beinhaltet zahlreiche Nervenbahnen, Teile der formatio reticularis und Brückenkerne für die Kommunikation zwischen Groß- und Kleinhirn.

      Die Brücke ist ein wichtiges Zentrum für die Kontrolle eines Teils der Blickbewegungen - sie enthält die Abducenskerne (VI. Hirnnerv), welche Abduktionsbewegungen der Augen steuern (Blick nach lateral).

      Sie beteiligt sich an der Verwaltung vestibulärer Funktionen (z.B. Erhaltung des Gleichgewichts).

      Die Brücke enthält die obere Olive, eine zentrale Schaltstelle der Hörbahn.

      Der obere Anteil der Brücke beteiligt sich an der Steuerung der Harnblase (Kontrolle des sakralen Detrusionsreflexes).
 
  Das Mittelhirn (mesencephalon, midbrain) beinhaltet ebenfalls massive Nervenstränge (crura cerebri), ist an der Extrapyramidalmotorik beteiligt. Das Mittelhirn ist an der Bildung komplexer motorischer Muster beteiligt, so generiert es bei Reizung einer als mesencephalic locomotor region (MLR) bezeichneten Neuronengruppe Schreitbewegungen (Zunahme der Reizstärke kann z.B. bei Versuchstieren den Übergang von Trab- auf Galopp-Motorik bewirken). Langsame und rasche lokomotorische Bewegungsmuster scheinen dabei von unterschiedlichen glutamatergen Neuronengruppen angeregt zu werden (langsame von Zellen des pedunculopontinen Kerns, rasche von Zellen des nucleus cuneiformis). Neben der Lokomotion kontrolliert der Hirnstamm (z.B. über die formatio reticularis) eine Fülle weiterer Bewegungsmuster, inklusive die Okulomotorik .

Eingänge von verschiedenen Sinnessystemen spielen für mesenzephale Aktivitätsmuster eine modifizierende Rolle; das Mittelhirn vermittelt Orientierung nach akustischen und optischen Hinweisen.
Tegmentum    Tectum
 

Abbildung: Hirnstamm - Kerne und Bahnen
Nach einer Vorlage bei what-when-now.com
Der fascululus longitudinalis medialis verbindet die Kerne der Augenmuskeln (N. oculomotorius, trochlearias, abducens) mit den Vestibulariskernen sowie der  formatio reticularis, was der Koordination von Kopfstellung und Augenbewegungen dient.
 
Der lemniscus medialis ist Teil der somatischen Afferenzen und leitet Informationen der Oberflächensensibilität (außer Schmerz und Temperatur) und Tiefensensibilität; der nucl. gracilis bekommt Impulse von unteren, der nucl. cuneatus von oberen Rumpfabschnitten.
 
Der lemniscus lateralis ist Teil der Hörbahn, der die obere Olive mit dem nucl. cochlearis der Gegenseite verbindet.
 
Der tractus corticobulbaris leitet motorische Impulse vom cortex cerebri zu motorischen Kernen des Hirnstamms, der tractus corticospinalis weiter zu motorischen Vorderhornzellen im Rückenmark

Tegmentum
 
Als Tegmentum (lat. für "Abdeckung") bezeichnet man die ventral an den inneren Liquorraum angrenzende Schicht im Bereich des Hirnstamms (dorsal liegt im Mittelhirnbereich das Tectum). Es enthält u.a. die formatio reticularis, okulomotorische Kerne, zentrales Höhlengrau, nucleus ruber und substantia nigra.

Der größte Anteil des Mesencephalon ist die Mittelhirnhaube (Tegmentum). Diese hat vorwiegend motorische Funktionen und enthält u.a. folgende Teile:
      Nucleus ruber und Teile der substantia nigra (Extrapyramidalmotorik)

      Hirnnervenkerne - nucl. N. oculomotorii (III), nucl. N. trochlearis (IV), nucl. accessorius N. oculomotorii (Edinger-Westphal-Kern), nucl. mesencephalicus N. trigemini (V)

      Teile der formatio reticularis (vegetative, sensorische und motorische Aufgaben)

      Fasciculus longitudinalis medialis (grün in der Abbildung; Koordination der Blickbewegungen, auch mit Rücksicht auf den Gleichgewichtssinn: Verknüpfung der vestibularis- mit den okulomotorischen Hirnnervenkernen)

      Der fasciculus longitudinalis dorsalis (Schütz'sches Bündel) ist eine lange Projektionsbahn des Hypothalamus. Er zieht vom Mamillarkörper zur medulla oblongata und verbindet den Edinger-Westphal-Kern (nucl. accessorius N. oculomotorii), die Salivatoriuskerne und den nucl. dorsalis N. vagi miteinander. Er leitet sensorische und motorische Information im vegetativen System und wirkt sich auf die meisten autonom-nervösen Funktionen des Körpers aus.

Aufsteigende Fasern leiten viszerale Afferenzen von der formatio reticularis zum Hypothalamus, absteigende Efferenzen vom Hypothalamus an präganglionäre autonome Neuronen - diese beeinflussen z.B. Herzfrequenz, Blutdruck, Atmung und andere sympathische / parasympathische Aktivitäten

      Tractus tegmentalis centralis ("zentrale Haubenbahn", leitet extrapyramidalmotorische Fasern)
 
Tectum (Vierhügel, colliculi)
 
Das dorsal gelegene Mittelhirndach (Tectum) hat sensorische Funktionen und wird wegen seiner anatomischen Struktur als Vierhügelplatte bezeichnet. Ursprünglich nahm man an, dass die oberen Vierhügel rein visuelle, die unteren nur auditive Information verarbeiten; tatsächlich überlappen sich diese Bereiche. Einige Neuronen reagieren auf beide sensorischen Eingänge, es besteht funktionelle Synergie.

  Die oberen Vierhügel (colliculi superiores) dienen visuellen Reflexen. Zusätzlich spielen sie eine Rolle für motorische Zielauswahl, insbesondere wenn sensorische Reize (visuelle, somatosensorische, auditive) diese Funktion anregen. Sie empfangen auch Impulse von Großhirnrinde (supplementäres Augenfeld, dorsolateraler Präfrontalkortex, parietale Systeme) und substantia nigra (pars reticulata).
 
 Auf diese Weise können sie die Blickmotorik in einen umfassenden Gesamtzusammenhang integrieren. Die colliculi superiores sind eine Integrationsstelle für multisensorische, kontextuelle Information, die bei der Steuerung zielgerichteter, explorativ-orientierender Bewegungen berücksichtigt und an prämotorische Neuronen weitergeleitet wird.
 

Abbildung: Lage der Vierhügelplatte im Hirnstamm
Zu Hirnnerven s. dort, zur Epiphyse s. dort

 Das tectopulvinäre System (tectopulvinar pathway) dient der raschen Reaktion auf plötzlich auftauchende visuelle Reize. Es geht von den oberen Vierhügeln aus, projiziert auf das Pulvinar thalami und spricht vor allem auf Bewegung in der Netzhautperipherie an (insbesondere via M-Ganglienzellen, die auf hohe zeitliche Auflösung spezialisiert sind). So wird die Aufmerksamkeit (und Motorik) auf überraschende, unerwartete Reize fokussiert, bevor noch visuelle Information bewusst verarbeitet werden kann.
 
Auch spezielle Regionen des Frontallappens (frontale Augenfelder) beeinflussen die Okulomotorik und sind im Fall widersprüchlicher Intentionen in der Lage, reflektorische Impulse aus den oberen Vierhügeln zu unterdrücken.

  Die unteren Vierhügel (colliculi inferiores) dienen Umschaltungen und Informationsmodifikation in der Hörbahn. Sie beteiligen sich an der Lokalisation von Schallquellen, sowie an Reflexen für entsprechende Zuwendungsmotorik der Augen und des Kopfes (Orientierung hin zur Schallquelle).

Das Prätektum (area praetectalis) erhält sensorische Information aus der Netzhaut und sendet Impulse an beide Edinger-Westphal-Kerne. Es ermöglicht so den konsensuellen Pupillenreflex (symmetrische Reaktion beider Pupillen auch bei Beleuchtung nur eines Auges).

     Das zentrale Höhlengrau dient u.a. der Verwaltung somatischer und viszeraler Stereotypen, beeinflusst das 'fight or flight'-Verhalten, kann starke Gefühlsregungen (Panik) auslösen, und dient der opioidergen Schmerzunterdrückung.
  
Projektionen aus dem Hirnstamm
   
Die formatio reticularis (Retikulärformation, reticular formation) durchzieht den Hirnstamm (Mittelhirn bis medulla oblongata) als eine unscharf begrenzte Gruppe miteinander vernetzter Neuronenansammlungen (Kerne), die
  einerseits das sensorische Gating (sensory gating, Unterdrückung jeweils irrelevanter Reize) von Afferenzen zum Thalamus steuern,
  andererseits die generelle kortikale Aktivität über Projektionen aus dem Hirnstamm regulieren.

Die formatio reticularis enthält u.a. das aszendierende aktivierende System (ARAS) und ist Ursprung des tractus reticulospinalis. Sie besteht aus einer medianen (Raphekerne), einer medialen gigantozellulären sowie einer lateral gelegenen parvozellulären Zone. Zu ihren Funktionen gehören Beiträge zur Steuerung von Bewusstsein und Schlaf, motorischer Kontrolle, Kreislaufregulation sowie endogene Schmerzmodulation.

Monoaminerge (noradrenerge, serotoninerge, dopaminerge, cholinerge und histaminerge) Projektionen aus dem Hirnstamm haben elektrophysiologische Ähnlichkeiten: Sie zeigen hohe Spontanaktivität, mit jeweils einer Depolarisationsphase vor dem nächsten Aktionspotential, reguliert durch Schrittmacherschaltungen. Die Freisetzung der Monoamine erfolgt teilweise synaptisch, teilweise breitflächiger (parakrin); zahlreiche monoaminerge Neurone setzen auch Cotransmitter frei.

Monoaminerge Projektionen üben modulierende Wirkung auf das Vorderhirn aus, wo sie kortikale und subkortikale Funktionskreise beeinflussen. Beispielsweise ist die
 
   Funktion der Basalganglien von kontinuierlicher dopaminerger Anregung (nigrostriatal: Projektionen der substantia nigra auf das Striatum) abhängig
   serotoninerge Projektionen modulieren motorische Programme
   noradrenerge unterstützen die Aufmerksamkeit und stimulieren motorische Vorderhornzellen.
Insgesamt erleichtert monoaminerge Anregung die motorische Aktivität und spielt für Motivation und Belohnungsmechanismen eine wichtige Rolle.
 
Noradrenalin    Serotonin    Dopamin    Acetylcholin    Histamin    Orexine
 
Noradrenerge Projektionen
 
Noradrenalin ist ein im Gehirn weit verbreiteter Neurotransmitter und wirkt u.a. auf Aufmerksamkeit, Stimmung, Sexualverhalten und andere Verhaltenskomponenten. Die Aktivität noradrenerger Neurone ist im Wachzustand wesentlich höher als im Schlaf (im REM-Schlaf feuern sie so gut wie überhaupt nicht) oder in Narkose.

Die Somata noradrenerger Neuronen finden sich im unteren Hirnstamm, hauptsächlich im pontinen (aus ~12.000 Neuronen bestehenden) nucleus (locus) coeruleus sowie in der formatio reticularis (laterale Kerne). Aufsteigende Fasern projizieren auf so gut wie das gesamte Zentralnervensystem: Groß- und Kleinhirnrinde, Bulbus olfactorius, Riechhirn, Hippocampus, Mandelkerne, Basalganglien, Thalamus, Hypothalamus, Rückenmark ( Abbildung). Nordarenerge Nervenendigungen finden sich vorwiegend in lamina IV des cortex cerebri, auf die thalamische Afferenzen projizieren. Keine kortikale Zelle ist weiter als 30 µm von einer solchen entfernt.
 
 
Abbildung: Noradrenerge Projektionen aus dem Hirnstamm
Nach einer Vorlage in Rang & Dale's Pharmacology, 9th ed. 2020 (Elsevier)
Ansammlungen noradrenerger Neurone / Fasern dunkelrot, Projektionsgebiete hellrot. Noradrenerge Projektionen bestehen vom locus coeruleus in das gesamte Groß- und Kleinhirn sowie in das Rückenmark.
 
Am = Mandelkerne    C = Kleinhirn, Hip = Hippocampus    Hyp = Hypothalamus    LC = locus (nucleus) coeruleus    LTA = laterales tegmentales Areal (Teil der formatio reticularis)    MBF = mediales Vorderhirnbündel    NTS = nucleus tractus solitarii (sensorischer Vaguskern)    Sep = Septum    Str = Striatum    Th = Thalamus

Diese noradrenerge Neuronengruppe wird durch neue, insbesondere bedrohliche Reize aktiviert. Das System erhöht die kortikale „signal to noise ratio“. Diese noradrenergen Systeme wirken auf
 
      Aufmerksamkeit (Arousal) und Interesse - u.a. über Rezeptoren im Thalamus und im Kortex,
 
       Lernfähigkeit und Gedächtnis,
 
      Wachheit (Schlafzyklus) - noradrenerge Projektionen fördern den Wachzustand und sind im REM-Schlaf inaktiv,
 
      Angst-, Schmerz- und Stressantworten,
 
      Ausschüttung hypophysärer Hormone wie GH, LH, Prolaktin,
 
      Stimmungsbeeinflussung (Unterfunktion dieses Systems kann depressive Verstimmung, Überfunktion schizophrene Psychose zur Folge haben).

Die Axone von locis-coeruleus-Neuronen - organisiert als ein aufsteigendes dorsales und ein ventrales Vorderhirnbündel sowie ein absteigendes Bündel - erreichen das gesamte ZNS (Großhirnrinde, Riechhirn, Hippocampus, Thalamus, Hypothalamus, Hirnstamm, Kleinhirn, Rückenmark). Jedes einzelne Neuron bildet bis zu 250.000 Synapsen in verschiedenen Teilen des Gehirns aus (z.B. sowohl in der Großhirn- als auch in der Kleinhirnrinde - extreme Divergenz). Diese Synapsen wirken meist inhibitorisch über ß-Rezeptoren.
   
 
Abbildung: Noradrenerge Synapse (vgl. dort)
Nach einer Vorlage bei Ganongs's Review of Medical Physiology, 24th ed. Lange Basic Science 2012
Tyrosin wird über einen Natrium-abhängigen Cotransport in das Axon geschleust. Anschließend erfolgt die enzymatische Verwandlung (hemmbar durch Metyrosin) zu Dopamin. Dopamin wird mittels Monoaminotransporters in Vesikel aufgenommen (VMAT); dieser Vorgang ist durch Reserpin blockierbar. Im Vesikel wird Dopamin zu Noradrenalin umgewandelt.
 
Aktionspotentiale öffnen Calciumkanäle; Ca++ bewirkt Vesikelfusion mit der präsynaptischen Membran, Noradrenalin wird freigesetzt (zusammen mit Peptiden (P) und ATP. Dieser Vorgang involviert SNAPs und VAMPs und kann u.a. durch Guanethidin blockiert werden.
 
Freigesetztes Noradrenalin wirkt nicht nur auf postsynaptische Adrenozeptoren, sondern auch an präsynaptischen Autorezeptoren sowie anderen Neuroeffektoren, z.B. Blutgefäßen. Auch kann Noradrenalin präsynaptisch wieder aufgenommen und wiederverwertet werden (Noradrenalintransporter, hemmbar u.a. durch Kokain oder trizyklische Antidepressiva)

  Noradrenerge Übertragung im Gehirn kann an verschiedenen Stellen pharmakologisch beeinflusst werden, z.B. durch Blockade der Wiederaufnahme von Noradrenalin an der präsynaptischen Membran. Dadurch bleibt Noradrenalin länger an der Synapse verfügbar. Solche Substanzen können eine pathologisch eingetrübte Stimmung heben (trizyklische Antidepressiva, Abbildung). Monoamin- bzw. Serotonin-Noradrenalin-Wiederaufnahmehemmer (SNRIs: Serotonin-norepinephrine reuptake inhibitors) blockieren das präsynaptische Recycling von Monoaminen und erhöhen dadurch die Verfügbarkeit dieser Neurotransmitter an den postsynaptischen Rezeptoren. Sie werden als Antidepressiva eingesetzt.

  In den synaptischen Spalt freigesetztes Noradrenalin wird entweder präsynaptisch wiederaufgenommen (reuptake) oder es diffundiert in die Umgebung, gelangt mit dem Blutkreislauf in die Peripherie und wird dort (hauptächlich in der Leber) durch MAO und COMT abgebaut.

Im Gehirn werden alle Subtypen adrenerger Rezeptoren exprimiert, allerdings an unterschiedlichen Orten, was pharmakologisch bedeutsam sein kann:
 
Rezeptortyp
 		Lokalisierung Rezeptortyp Lokalisierung
α1A Großhirnrinde
Hippocampus		 α2B Zwischenhirn
α1B Großhirnrinde
Hirnstamm		 α2C weit verbreitet
α1D Großhirnrinde ß1 Großhirnrinde
Hypothalamus
α2A Locus coeruleus
Hippocampus		 ß2 Kleinhirn
Hippocampus
Großhirnrinde
 
Über den anregenden Einfluss von Orexin auf den nucleus coeruleus s. dort.
  Eine schwedische Forschergruppe entdeckte in den 60er-Jahren (20. Jh) Wesen und Verschaltungsmuster der Zellen im locus coeruleus. Ein noradrenerges Transmittersystem im Gehirn war so neu und unerwartet, dass es Jahre weiterer Forschung brauchte, bis dieses von der etablierten Wissenschaft allgemein akzeptiert wurde.
   
Serotoninerge Projektionen
 
Serotonin ist in zahlreiche autonome Funktionen involviert, wie gastrointestinale Motorik, Thermoregulation, Kreislaufregulation (Steigerung von Herzfrequenz und Blutdruck), Atmung (pCO2-sensitive serotoninerge Neuronen), Sexualverhalten, Schlaf, Schmerzempfinden (Blockade auf Hinterhornebene). Serotoninerge Neuronen finden sich (in mehreren Gruppen) in einer medianen Zone des Hirnstamms.

Serotoninerge mediane / rostrale Raphekerne in medulla oblongata, pons und mesencephalon projizieren auf verschiedenste Hirnteile mit ähnlicher Ausdehnung wie das noradrenerge des locus coeruleus - beide beteiligen sich am Aufbau des aktivierenden retikulären Systems ( Abbildung):
 
 
Abbildung: Serotoninerge Projektionen aus dem Hirnstamm
Nach einer Vorlage in Rang & Dale's Pharmacology, 9th ed. 2020 (Elsevier)
Ansammlungen noradrenerger Neurone / Fasern dunkelrot, Projektionsgebiete hellrot. Serotoninerge Projektionen kommen von den Raphekernen in das gesamte Groß- und Kleinhirn sowie in das Rückenmark.
  
Am = Mandelkerne    C = Kleinhirn    Hip = Hippocampus    Hyp = Hypothalamus    Sep = Septum    Str = Striatum    Th = Thalamus

      Rostrale Zellgruppen projizieren in Großhirnrinde sowie das limbische System (nucleus suprachiasmaticus des Hypothalamus, Hippocampus, Mandelkerne) sowie ventrolaterale corpora geniculata,
 
      Kaudale Zellgruppen projizieren in das Rückenmark (vor allem zu motorischen Vorderhornzellen, aber auch zu Seiten- und Hinterhorn) und zum Kleinhirn.

Serotoninerge Projektionen in das Frontalhirn regen dessen Aktivität an - u.a. eine Dämpfung der Aktivität der Amygdalae -, und eine Abnahme dieser Funktion (also reduzierte serotoninerge Anregung) kann zu aggressivem und antisozialem Verhalten führen.
 
  Selektive Serotonin-Aufnahmehemmer (SSRIs: Selective serotonin reuptake inhibitors - z.B. Fluoxetin) hemmen gezielt die präsynaptische Wiederverwertung des Serotonins durch den Serotonin-Transporter (SERT). Sie senken u.a. die Bereitschaft zu aggressivem Verhalten und erhöhen die Aktivität des präfrontalen Kortex. 

Die Raphekerne übernehmen „sensory processing“, sie helfen, unwesentliche Reize zu ignorieren, und modulieren neurovegetative Stressantworten (Blutdruck). Sie regen die Lokomotion an, beeinflussen Sinnes- (auch Schmerz-) Afferenzen und haben Einfluss auf Appetit, Körpertemperatur und Stimmungslage. Die Nervenfasern projizieren vor allem in die lamina V, wo sich Pyramidenzellen befinden, und wirken damit auf kortikale Efferenzen.

Beeinträchtigung der Raphe-Region bewirkt Schlafstörungen (insbesondere im REM-Schlaf).
 
Verschiedene Rezeptortypen (16 bekannt) sind unterschiedlich verteilt auf Groß- und Kleinhirnrinde, Thalamus, Basalganglien, Hippocampus, Hypothalamus, Rückenmark.

Serotonin wirkt postsynaptisch auf

      Typ 5-HT2A, 2C (über Gq, PLC, IP3, DAG)
 
      Typ 5-HT1A (über Gi, Hemmung von AC, cAMP)
 
      Typ 5-HT4 (über Gs, AC, cAMP)
 
      Typ 5-HT3 (über Natriumeinstrom). Dies sind pentamere Ionenkanäle, ähnlich dem nikotinischen Acetylcholinrezeptor. Ähnlich dem AMPA-Rezeptorkanal sind sie im offenen Zustand für Na+ und K+ durchgängig; das Umkehrpotential liegt bei ~0 mV.
 
 
Abbildung: Serotoninerger Neuron
Nach einer Vorlage bei Ganongs's Review of Medical Physiology, 24th ed. Lange Basic Science 2012
Tryptophan wird über einen Natrium-abhängigen Cotransport (Aminosäuretransporter) in das Axon geschleust und enzymatisch zu Serotonin (5-Hydroxy-Tryptamin, 5HT) umgewandelt. (Tryptophanhydroxylase im Gehirn unterscheidet sich von derjeniger in der Peripherie.) 5HT gelangt über einen Monoaminotransporter (VMAT) in Speichervesikel.
 
Öffnet ein Aktionspotential Calciumkanäle, bewirkt eingeströmtes Ca++ die Exozytose von Serotonin aus Vesikeln - 5HT gelangt in den synaptischen Spaltraum. Dort wirkt es  auf postsynaptische Serotoninrezeptoren (nicht gezeigt), diffundiert aus der Synapse, oder wird über Serotonintransporter präsynaptisch (Na+-abhängig) wieder aufgenommen (blockierbar durch Rückaufnahme-Inhibitoren).
 
In der Zelle wird Serotonin durch Monoaminooxydase (MAO) abgebaut. (Dieser Vorgang lässt sich durch MAO-Hemmer blockieren)

Serotonin scheint über 1A-Serotoninrezeptoren für die 'innere Entspannung' im Sinne der Aktivierung eines default mode network notwendig zu sein.

(Depressive) Patienten / Patientinnen mit schwach ausgeprägter 1A-Rezeptorwirkung leiden unter Unruhe und Problemen, sich zu entspannen. (LSD beeinträchtigt die Aktivität serotoninerger Nervenzellen).

 Über den anregenden Einfluss von Orexinen s. dort.
   Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer steigern die Serotoninkonzentration an der Synapse und wirken antidepressiv.
 
Zahlreiche halluzinogene Drogen (z.B. LSD) wirken offenbar durch Interaktion mit dem serotoninergen System.
   
Dopaminerge Projektionen
  
Im Hirnstamm (Mesencephalon, Diencephalon) befindet sich etwa eine Million dopaminerge Nervenzellen, die in weite Teile des Gehirns projizieren. Dieses dopaminerge System beeinflusst Motorik, Kognition, Motivation, neuroendokrine Steuerung. Es besteht aus mehreren Teilen ( Abbildung):
  Einem mesolimbischen Weg (auch als Belohnungssystem bezeichnet) aus dem Mittelhirn (ventrales Tegmentum) zum limbischen System (Hippocampus, Amydgala) sowie zu ventalen Anteilen des Striatums, insbesondere nucleus accumbens und tuberculum olfactorium.
  
Freudige Überraschungen stimulieren die Dopaminausschüttung im Gehirn
  
Dieses System ist in belohnungsabhängiges Verhalten involviert (es weckt das Belohnungsbedürfnis und motiviert zur Verstärkung von Anregungen verschiedener Art) und regt die Motivation an, wirkt verstärkend auf motorisches Lernen und trägt zu positiven Empfindungen bei - es beteiligt sich an Arbeitsgedächtnis, Planung und Problemlösung, emotionaler Verarbeitung.
  
Funktionsstörungen im mesolimbischen System können vermutlich attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) und Drogenabhängigkeit bedingen.
  
In das Auftreten eines ADHD können neben dopaminergen auch noradrenerge Projektionssysteme involviert sein, eines von mehreren Beispielen für die Interaktion zwischen Transmittersystemen.
  
  Einem mesokortikalen Weg vom ventralen Tegmentum zum präfrontalen Kortex, der Einfluss auf die Kognition hat.
  
Fehlfunktion des mesokortikalen Systems wird mit der Entstehung von Psychosen (wie Schizophrenie) in Zusammenhang gebracht.
  
  Einem nigrostriatalen Weg vom nucleus niger (pars compacta) zum dorsalen Striatum (~75% der dopaminergen Fasern), wichtig für Auslösung und flüssigen Ablauf von Willkürbewegungen (gestört bei Mb. Parkinson).
  
  Einem tuberoinfundibularen Weg vom nucleus arcuatus des Hypothalamus zu dessen eminentia mediana bzw. zur Hypophyse. Diese kurze Verbindung dient der Kontrolle der Prolactinfreisetzung.

Weitere dopaminerge Neuronengruppen befinden sich an anderen Stellen des Gehirns und in der Netzhaut.
 
 
Abbildung: Dopaminerge Projektionen aus dem Hirnstamm
Nach Simic G, Tkalcic M, Vukic V, Mulc D, Spanic E, Sagud M, Olucha-Bordoneau FE, Vuksic M, Hof PR. Understanding Emotions: Origins and Roles of the Amygdala. Biomolecules 2021; 11: 823
Dopaminerge Projektionen vom ventralen Tegmentum (VTA) und der substantia nigra in das limbische System (Mandelkerne, Hippocampus), das Striatum (ventrales Pallidum), das Septum (nucl. accumbens), das Frontalhirn (mesokortikaler Pfad), das vordere Cingulum und den entorhinalen Kortex.
 
Die Freisetzung von Dopamin über dieses System geht einher mit der Erinnerung an bestimmte Objekte, Reize oder Begebenheiten, die in einen Zusammenhang mit einem Belohnungserlebnis gebracht werden. Das macht sie für Motivation bedeutsam. Auch vermittelt der jeweilige "Dopamintonus" den Antrieb zu bewussten motorischen Abfolgen und ebnet den Impetus für kommende ähnliche Muster.
 
Grün strichlierte Linien deuten Projektionen aus dem Präfrontalhirn und gyrus cinguli in den Orbitofrontalkortex an. Diese vermitteln vermutlich bewusste Kontrolle über emotional gefärbte Ja-nein- (go/no-go) Entscheidungen

A = Amygdala    ACC = anteriorer gyrus cinguli    BF = basales Vorderhirn    CN = nucleus caudatus    EC = entorhinaler Kortex    H = Hippocampus    NAc = nucleus accumbens    OFC = orbitofrontaler Kortex    P = Putamen    PFC = Präfrontalkortex    SNc = substantia nigra - pars compacta    VTA = ventrales tegmentales Areal
Dopaminerge Neurone werden intensiv von glutamatergen (exzitatorischen) und GABAergen (inhibitorischen) Axonen beeinflusst. Solche Verschaltungen können u.a. an Langzeiteffekten wie synaptischer Potenzierung oder Hemmung beteiligt sein (Neuroplastizität). Dazu zählen Belohnung, Motivation, Erinnerung (Lernen) oder auch Gewöhnung und Löschung (Vergessen).

Das Wirkungsspektrum des Dopamins ist vielfältig und z.T. widersprüchlich erscheinend. Angesichts der Tatsache, dass es ein modulatorisch (nicht direkt inhibitorisch oder exzitatorisch) wirksamer Neurotransmitter ist, der teils eher parakrin als synaptisch, und auf zahlreiche verschiedene Rezeptoren wirkt (Vertreter der D1-Gruppe steigern, solche der D2-Gruppe reduzieren die cAMP-Konzentration), ist dieser Umstand erklärlich.
  
    
Abbildung: Dopaminrezeptoren im Gehirn
Nach einer Vorlage bei Hilal-Dandan / Brunton, Goodman & Gilman's Manual of Pharmacology and Therapeutics, 2nd ed., McGraw Hill Education 2014
Das Gehirn exprimiert alle Arten von Dopaminrezeptoren ( s. dort)

Wo befinden sich welche Dopaminrezeptoren? D1-Rezeptoren finden sich ausschließlich auf postsynaptischen Membranen, D2-Rezeptoren sind sowohl prä- (wo sie als Autorezeptoren wirken) als auch postsynaptisch positioniert (zahlreiche antipsychotisch wirkenden Medikamente sind D2-Rezeptorantagonisten).

 Dopaminmangel wirkt sich - auch entsprechend den betroffenen Neuronengruppen - vielfältig aus: Motorische (Mb. Parkinson, Tourette-Syndrom), psychische Störungen (Depression, Schizophrenie, ADHD, Suchtverhalten) sowie solche in hormonellen Regelkreisen (Dopamin hemmt die Freisetzung von Prolaktin).

Die Wirkung erfolgt über verschiedene Dopaminrezeptoren (D1 bis D5) und umfasst drei Aufgabengebiete: Motorische Kontrolle, Verhaltensbeeinflussung und endokrine Steuerung. Dopaminerge Neurone spielen auch eine Rolle bei Übelkeit und Erbrechen.
 
  Dopaminantagonisten wirken antiemetisch.

Der nucleus accumbens wirkt als "Belohnungszentrum", das dopaminerg angeregt werden kann; das mediale Vorderhirnbündel verbindet beteiligte Zentren, verstärkt "belohnende" Aktivitäten und wird daher als "pleasure reward bundle" bezeichnet. Insgesamt stehen zerebrale Vorgänge wie Emotion, Kognition, Gedächtnis, Belohnung sowie motorische Aktivität unter dopaminergem Einfluss.

Dopaminerge Neurone spielen eine Rolle bei Übelkeit (Reizung von D2-Rezeptoren in der area postrema löst Erbrechen aus).

Der nucleus arcuatus entsendet weiters Fasern zur eminentia mediana (tubero-infundibuläres System). Dopamin ist der wichtigste Inhibitor der Prolactinsekretion (prolactin inhibiting factor).
 
  Antipsychotika (Neuroleptika) wirken als selektive D2-Rezeptor-Antagonisten und werden eingesetzt, um sogenannte positive Symptome der Schizophrenie (Halluzinationen, Wahnvorstellungen) zu mildern.

Kokain und Amphetamine hemmen die Wiederaufnahme von Katecholaminen - Noradrenalin und Dopamin - in präsynaptische Neurone. Dadurch verlängern sie die Aufenthaltsdauer dieser Transmitter im synaptischen Spalt und intensivieren deren Wirkung, was anregende (exzitierende) Effekte hat (Wachheit, Alertheit) und ähnlich wirkt wie erhöhter Sympathikustonus (Herzfrequenzsteigerung, Pupillenerweiterung usw).
 
  Cholinerge Projektionen
  
Acetylcholin war der erste indentifizierte Neurotransmitter (Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1936 an Otto Loewi und Henry Dale "für ihre Entdeckungen bei der chemischen Übertragung der Nervenimpulse"), und er findet sich in praktisch allen Teilen des menschlichen Gehirns. Cholinerge Übertragung beteiligt sich z.B. an Lern- und Gedächtnisprozessen und anderen Funktionen des limbischen Systems.
 
Neurone des modulatorischen cholinergen Systems des Hirnstamms finden sich in der pons (pedunculopontine Kerne), projizieren auf breite Hirngebiete und üben starken Einfluss auf das Verhalten aus.

  
Abbildung: Cholinerge Projektionen aus Hirnstamm und Vorderhirn
Nach einer Vorlage in Rang & Dale's Pharmacology, 9th ed. 2020 (Elsevier)
Ansammlungen noradrenerger Neurone / Fasern dunkelrot, Projektionsgebiete hellrot.
 
Cholinerge Projektionen erfolgen aus Septumkernen (Sep) zum Hippocampus, aus dem nucl. basalis (Meynert-Kern, Teil des basalen Vorderhirns) sehr diffus zu großen Teilen des Kortex, aus dem ponto- mesencephal- tegmentalem Komplex PPT/LD (pedunculopontinen und laterodorsalen tegmentalen Kernen) zum Thalamus (Th).

C = Kleinhirn    Hip = Hippocampus    Hyp = Hypothalamus    Str = Striatum
Mb. Alzheimer ist durch breitflächigen Verlust cholinerger Neurone im Gehirn gekennzeichnet.

 Cholinerge Systeme bilden ein diffuses modulierendes System, das aus mehreren Teilen besteht ( Abbildung), nämlich dem basalen Vorderhirnsystem, dem ponto-mesenzephalo-tegmentalen Komplex sowie Interneuronen im Basalgangliensystem:

        Der basale Vorderhirnkomplex innerviert folgende Strukturen:
 
  Den Hippocampus aus den (unter dem Rostrum des Balkens gelegenen) medialen Septumkernen (septum pellucidum) - sie beeinflussen Belohnung, Lernprozesse, Kurzzeitgedächtnis
 
  Den Neokortex (breit gestreut) sowie das limbische System aus dem (zwischen Mandelkern und globus pallidus gelegenen) nucleus basalis (magnocellularis) Meynert ( Abbildung), einem Teil des basalen Vorderhirns. Die Fasern aus dem Meynert'schen Kern nutzen Galanin als Cotransmitter. Dieses System ist einer der bedeutendsten Acetylcholinproduzenten des Gehirns und dient u.a. der Aufmerksamkeitssteuerung.
 
 Dieses Fasersystem degeneriert bei Personen, die an Mb. Alzheimer leiden.

    Als basales Vorderhirn (basal forebrain) bezeichnet man einen Teil des Großhirns, der direkt vor und unter dem Striatum liegt. Das basale Vorderhirn beinhaltet außer dem nucl. basalis Meynert u.a. den nucleus accumbens, Teile des Pallidum und der Septumkerne. Experimentelle Reizung führt zur Freisetzung von Acetylcholin und regt Wachheit bzw. REM-Phasen an; Hemmung der Acetylcholinwirkung fördert Tiefschlaf (slow-wave sleep).

       Der ponto-mesenzephalo-tegmentale Komplex des Mittelhirns und der Brücke ( Abbildung) innerviert den dorsalen Thalamus sowie motorische Vorderhornzellen im Rückenmark. Zusammen mit noradrenergen und serotoninergen Bahnen aktiviert dieses System sensorische Relaiskerne und Teile des Vorderhirns.

       Kurze cholinerge Verbindungen (Interneurone) im Striatum dienen der motorischen Kontrolle, solche im nucl. accumbens dem zerebralen Belohnungssystem.
 
 
Abbildung: Cholinerge Synapse
Nach einer Vorlage bei Ganongs's Review of Medical Physiology, 24th ed. Lange Basic Science 2012
Cholin wird über einen Natrium-abhängigen Cholintransporter in das Axon befördert (blockierbar durch Hemicholinium). Acetylcholin wird mittels der zytoplasmatischen Cholin-Acetyltransferase aus Cholin und Essigsäure gebildet. Dann erfolgt die Einlagerung in Speichervesikel mittels vesikel-assoziierten Transporters (VAT), zusammen mit Peptiden (P) und ATP. (Dieser Schritt ist durch Vesamicol blockierbar.)
 
Erregung des präsynaptischen Axons öffnet spannungssensitive Calciumkanäle, eingeströmtes Ca++ bewirkt Vesikelfusion und Freigabe von Acetylcholin und seinen Ko-Transmittern in den synaptischen Spalt. Dieser Vorgang involviert SNAPs und VAMPs und kann (in der Peripherie) durch Botulinumtoxin blockiert werden. Die Aktivierung präsynaptischer Auto- und Heterorezeptoren modifiziert die Freisetzung der Transmitter.
 
Die neuromodulatorische Wirkung des Acetylcholins erfolgt über muskarinische (metabotrope, d.h. über G-Proteine relativ langsam wirkende) Rezeptoren. Über M-Acetylcholinrezeptoren s. dort.
 
Damit sich die postsynaptische Membran rasch erholen (repolarisieren) kann, muss das freigesetzte Acetylcholin rasch aus dem synaptischen Extrazellulärraum entfernt werden. Neben der präsynaptischen Wiederaufnahme sowie Abdiffusion in die Umgebung dient dazu die Aktivität von Acetylcholinesterase

   Cholinerge Projektionen in den Hypothalamus beeinflussen die Freisetzung von GnRH, ACTH, TSH und GH, sowie Oxytozin und Vasopressin.
 
   Das cholinerge System scheint weiters in die Kontrolle der Aufmerksamkeit und in die Schlaf-Wach-Steuerung involviert zu sein. Seine Aktivität ist für die Vigilanz bedeutsam (Nikotin ist ein Acetylcholin-Agonist) und fördert die selektive (zielgerichtete) Aufmerksamkeit.

Cholinerge Neurone sind im Rahmen einiger neurodegenerativer Erkrankungen (Demenz, Mb. Parkinson) betroffen. In der Narkose ist die zerebrale Aktivität reduziert und die Acetylcholinproduktion reduziert.

 Cholinerg sind folgende Neuronen:

   Projektionen aus dem basalen Vorderhirnkomplex und dem ponto-mesenzephalo-tegmentalen Komplex des Hirnstamms (s. oben)
 
   Interneurone im Striatum, die durch nigro-striatale dopaminerge Neuronen gehemmt werden (deren Degeneration enthemmt die cholinergen Interneurone, was bei Mb. Parkisnon der Fall ist)
 
   Alle Motoneurone zu quergestreifter Muskulatur
 
   Präganglionäre autonome Nervenfasern (nikotinerg)
 
   Postganglionäre parasympathische Neurone (muskarinerg)
 
   Postganglionär-sympathische Fasern zu Schweißdrüsen
 
   Zahlreiche Neurone im Darmnervensystem
Über den anregenden Einfluss von Orexinen s. dort.
  
Histaminerge Projektionen
 
Auch Histamin beteiligt sich an der Regulierung von Wachheit und Aufmerksamkeit.
 
 
  Abbildung: Histaminerge Projektionen
Nach Schneider E, Neumann D, Seifert R. Modulation of behavior by the histaminergic system: Lessons from H1R- and H2R- deficient mice. Neurosci Biobehav Rev 2014; 42: 252-66
Histaminerge Projektionen aus dem Hirnstamm haben ihren Ursprung im hypothalamischen nucleus tuberomamillaris und steigern die kortikale Aktivität und Wachheit. Diese Neurone sind vor allem im Wachzustand aktiv

Histamin entsteht aus der Aminosäure Histidin und wirkt über H2-Rezeptoren zerebral anregend (hirngängige Antihistaminika machen müde und benommen). Histaminerge Neuronen finden sich im knapp rostral der Mamillarkörper gelegenen nucleus tuberomamillaris (TMN: tuberomamillary nucleus) des Hypothalamus  (  Abbildung).

Von hier projizieren die Axone vor allem in die Großhirnrinde, in den Thalamus, zu den Basalganglien, das (vorwiegend cholinerge, ebenfalls auf das Gehirn anregend wirkende sowie auch in den REM-Schlaf involvierte) basale Vorderhirn sowie in andere hypothalamische Kerne. Die Wirkung ist eine direkte (erhöhte Aufmerksamkeit und zerebrale Anregung) sowie indirekte (Stimulierung des basalen Vorderhirns und der dorsalen Brückenregion).

Die Aktivität histaminerger Neurone ist im Wachzustand hoch und im Schlaf (sowohl slow-wave als auch REM) niedrig.
 
Anregenden Einfluss u.a. auf die tuberomamillären Kerne haben auch Orexine:
 
Orexine
 
Die beiden Isoformen Orexin A und B (auch: Hypocretin 1 und 2, weil im Hypothalamus gebildet und Ähnlichkeiten zu Sekretin bestehen) sind Neuropeptide (Orexin A: 33 Aminosäuren mit 2 Disulfidbrücken, Orexin B: 28 Aminosäuren; durch Spaltung von Präproorexin - 130 Aminosäuren), die im lateralen Hypothalamus (5-8.104 orexinbildende Neurone) gebildet werden. Diese Neurone projizieren auf das gesamte Gehirn. Die Wirkung erfolgt über zwei Typen G-Protein-gekoppelter Orexinrezeptoren (OX1 und OX2). An diese bindet Orexin A mit etwa gleicher Affinität, Orexin B vor allem an OX2.
  Hypocretine / Orexine  steigern Wachheit und Aufmerksamkeit, indem sie die Großhirnrinde über aufmerksamkeitssteigernde Gehirngebiete des Hirnstamms (Raphekerne, locus coeruleus, nucl. tuberomamillaris, cholinerge Hirnstamineurone) anregen ( vgl. dort). Ihre Aktivität ist im Wachzustand hoch, im Schlaf (sowohl REM als auch non-REM) niedrig.
  Hypocretine / Orexine stimulieren wahrscheinlich auch die Nahrungsaufnahme.
 
Weitere mögliche Orexinwirkungen beim Menschen (z.B. Gemütsaufhellung) sind Gegenstand der Forschung.

Mit "Hypocretin" (HCRT) bezeichnet man nunmehr die Gene und Transkripte (Ribonukleinsäuren), mit "Orexin" die Peptide dieses Systems.
  
Aufmerksamkeit und aktivierendes retikuläres System
Zur formatio reticularis s. auch dort
Zu Aufmerkasmkeit und Bewusstsein s. auch dort
 
Wachheit / Erregung (arousal) und Aufmerksamkeit (attention / vigilance) treten nur auf, wenn das Großhirn von subkortikalen Systemen in Hinstamm und Zwischenhirn aus stimuliert wird ( Abbildung). Reduziert dieses System seine Tätigkeit, tritt ein Zustand von mangelnder Aufmerksamkeit und Vigilanz oder Schlaf auf.
 
Beschädigung oder mangelnde Versorgung subkortikaler Wecksysteme kann Bewusstlosigkeit oder Koma bewirken. Dabei sind die Augen geschlossen, Reize aus der Umgebung werden nicht wahrgenommen; in schweren Fällen bewirken auch schmerzhafte Reize keine Abwehrreaktionen mehr. Allgemeinnarkose führt ebenfalls zu einem Funktionsausfall der zerebralen Wecksysteme.
Bewusstsein erfordert (unter anderem) eine aktivierte Großhirnrinde.
 
  
Abbildung: Aszendierendes retikuläres aktivierendes System (ARAS)
Nach Morin CM, Drake CL, Harvey AG, Krystal AD, Manber R, Riemann D, Spiegelhalder K. Insomnia disorder. Nat Rev Dis Primers. 2015; 1: 15026
Das blau gezeigte aufsteigende Anregungssystem beinhaltet noradrenerge Fasern aus dem locus coeruleus, serotoninerge aus den Raphekernen, histaminerge aus dem tuberomamillären Kern, dopaminerge aus dem ventralen Tegmentum und zentralen Höhlengrau. Dieses System erhält auch Zuflüsse aus dem lateralen Hypothalamus (Orexin, MCH) und aus dem basalen Vorderhirn (Acetylcholin, GABA).
 
Ein zweites anregendes System (rot) projiziert cholinerg-anregend aus dem pedunculopontinen Kern (Brücke) und laterodorsalen Tegmentum (Mittelhirn) auf Ralaisneurone im Thalamus, was ebenfalls den Kortex aktiviert

Das subkortikale Wecksystem ist aus Komponenten des Hirnstamms (extrathalamisches Kontrollsystem) und Anteilen des Thalamus aufgebaut:
 
  Das extrathalamische (modulatorische) Kontrollsystem besteht aus mehreren miteinander verbundenen Anteilen. In seinem Zentrum steht die
 
       Formatio reticularis des Hirnstamms (von medulla oblongata bis Mittelhirn). Aktivität dessen "aufsteigenden" Teils - des (aszendierenden) aktivierenden retikulären Systems - reticular activating system, ascending arousal system (A)RAS - ist für die Aufrechterhaltung des Bewusstseinszustandes essentiell, es steuert Wachheit, Aufmerksamkeit, Bewusstsein und regt dafür notwendige Funktionen an. So steigert seine Aktivität den Blutdruck über Erhöhung des sympathischen Tonus.
 
Bei einem Ausfall des aktivierenden retikulären Systems (oder im Zuge einer Vollnarkose) kommt es zu Bewusstlosigkeit bzw. komatösen Zuständen.

Das ARAS hat mehrere Stränge mit unterschiedlichen Neurotransmittern, und projiziert über mehrere Routen auf die Großhirnrinde, darunter
   
   Eine ventrale Route - hauptsächlich noradrenerg (locus coeruleus) und serotoninerg (Raphekerne), aber auch dopaminerg (zentrales Höhlengrau) und histaminerg (Hypothalamus, nucl. tuberomamillaris) - via das basale Vorderhirn. Diese Systeme sind im Wachzustand aktiv und reduzieren ihre Aktivität im Schlaf (REM und non-REM).
   
   Eine dorsale Route - hauptsächlich cholinerg - zum Thalamus ( Abbildung) und basalen Vorderhirn, der in weiterer Folge glutamaterg den Kortex anregt. Diese Route ist am aktivsten bei Wachheit und im REM-Schlaf und beeinflusst die Aktivität thalamischer und kortikaler Neurone.
   
Das cholinerge und das noradrenerge System sind zusammen bedeutsam für die Aufrechterhaltung längerdauernder Aufmerksamkeit und Wachsamkeit (Vigilanz). Diese Fähigkeit wird auch von der Großhirnrinde unterstützt, vor allem von der rechten Hemisphäre (das gilt für visuelle genauso wie für auditive Reize), insbesondere in den Gebieten des Frontal- und des unteren Parietallappens.
   
   Zusätzlich wirkt  ein Sytem GABAerger Neurone des Hypothalamus (präoptisches Areal POA), das vor allem im Schlafzustand aktiv ist. Läsionen dieser Neurone lädiert sowohl den Ablauf des REM- als auch des non-REM-Schlafs. Andererseits regt ein System von Neuronen des lateralen Hypothalamus, die Hypocretin (=Orexin) als Neurotransmitter verwenden, den Wachzustand an, wohl über Reizung des ARAS ( vgl. dort).

Weitere Komponenten des subkortikalen Wecksystems sind
   
       Mittelhirn / Tectum: Die oberen Vierhügel haben eine zentrale Funktion bei der Nachjustierung der Aufmerksamkeit, in deren Rahmen z.B. sakkadische Blickeinstellungen erfolgen
   
       Dorsaler Hypothalamus, dieser verwaltet neurohumorale und einige motorische Begleitreaktionen
 
  Das thalamische Wecksystem umfasst mehrere Thalamuskerne  ( Abbildung).
 
 
Abbildung: Thalamuskerne
Nach einer Vorlage in Banich / Compton, Cognitive Neuroscience, 4th ed. 2018, Cambridge Univ. Press
Grün / hellblau gezeigt sind Kerne, die vermutlich an der Aufrechterhaltung von Wachheit und Aufmerksamkeit beteiligt sind.
 
Wachheit und Vigilanz werden wahrscheinlich vor allem durch Aktivität der nuclei reticulares, intralaminares (grün) sowie mediales dorsales (hellblau) angeregt, selektive Aufmerksamkeit durch Aktivität des Pulvinar sowie der corpora geniculata lateralia

An der Aufrechterhaltung von Wachheit sind außer intralaminaren (zentromedianen) auch retikuläre und mediodorsale Thalamuskerne beteiligt, an gerichteter Aufmerksamkeit (Vigilanz, Konzentration) Pulvinar und lateraler Kniehöcker. Der Thalamus kanalisiert sensorische Information (gating) und lenkt so die Aufmerksamkeit auf jeweils prioritäre Information.
 
Im Zentrum des subkortikalen Wecksystems stehen aufsteigende Bahnen aus dem mesenzephalen Tegmentum (diese entspringen in parabrachialen / pedunculopontinen Kernen und sind glutamaterg) sowie dem basalen Vorderhirn (cholinerg und GABAerg). Dazu kommen dopaminerge Neurone aus ventralem Tegmentum und zentralen Höhlengrau, weiters glutamaterge und GABAerge aus dem nucl. supramamillaris. Diese Systeme sind zur Erhaltung des Wachzustandes beim Menschen notwendig; ihr Ausfall führt zu komatösen Zuständen.

Serotoninerge (Raphekerne), noradrenerge (locus coeruleus), histaminerge (nucl. tuberomamillaris), orexinerge (lateraler Hypothalamus) Bahnen spielen eine weniger ausgeprägte Rolle in der Funktion des ARAS. Sie unterstützen die Funktion des "Hauptsystems", sind dafür aber nicht essentiell - Abnahme oder Ausfall ihrer Aktivität wirkt sich auf das "Arousal" nur geringgradig aus.
 
Läsionen orexigener Neurone im lateralen Hypothalamus führen zu Narkolepsie.

   Die Neurone ziehen durch Hypothalamus und basales Vorderhirn und projizieren direkt auf die Großhirnrinde, deren Aktivität sie anregen. Modulierende Axone ziehen auch zum Thalamus und fördern das "Durchschalten" sensorischer Impulse zum Kortex.

 Der neuronale Schaltplan des ARAS beinhaltet hemmende Elemente, sodass sich im aktiven ARAS oszillierende Exzitationen ergeben, die sich im EEG als Rhythmen darstellen ( s. auch Schlafstadien). Auf diese Weise wird die Aktivität auf bestimmte Inhalte gebündelt, ohne dass es zu ungehemmter Ausbreitung von Exzitationen im Gehirn kommt - immerhin sind wahrscheinlich mehr als 10% der Nervenzellen im ARAS elektrisch gekoppelt (mittels gap junctions).
 
Aufmerksamkeit
 s. auch dort
 
Aufmerksamkeit kann das Antwortverhalten einzelner Neurone verändern, z.B. kann das maximale Ansprechverhalten auf adäquate Reizmuster im rezeptiven Feld zu- oder abnehmen, das Ansprechverhalten sich um den optimalen Reiz herum verschärfen (fokussieren), oder auch verändern (verlagern).

Man unterscheidet zwei Formen der Aufmerksamkeit, die meist interagieren:
    Exogene Aufmerksamkeit (bottom-up oder reflexive oder exogenously controlled attention): Ein äußerer Stimulus triggert sie ohne kognitive Anstrengung. Diese Form der Aufmerksamkeit wird offenbar über das untere Parietalhirn (lobus parietalis inferior) vermittelt (der sulcus intraparietalis trennt den oberen vom unteren Parietallappen). Sie erreicht ihr Maximum innerhalb einer Zehntelsekunde nach Reizbeginn und flacht rasch wieder ab, falls dem Reiz keine weitere Bedeutung zukommt.
   Im Gegensatz dazu unterstützt endogene ("willentliche") Aufmerksamkeit (top-down oder voluntary oder consciously controlled attention) die bewußte Suche nach einem Zielobjekt oder die Konzentration auf ein bestimmtes Verhalten. Diese Art der Aufmerksamkeit wird vermutlich vor allem über das obere Parietalhirn (lobus parietalis superior) vermittelt. Endogene Aufmerksamkeit ist unter der Kontrolle des Bewußtseins, und es dauert etwa 0,3 Sekunden (dreimal so lang wie bei der exogenen Aufmerksamkeit), bis ihr Maximum erreicht ist; sie bleibt im Allgemeinen auch länger bestehen.
 
"Top-down" Aufmerksamkeit wird wahrscheinlich auch durch die vordere Insel mit dem Operculum, dorsal-anteriore Anteile des gyrus cinguli, sowie den (direkt darüber liegenden) medialen Abschnitt des oberen Frontalkortex vermittelt. Beginn und Fortsetzung zielgerichteter Aufmerksamkeit aktiviert diese Rindenregionen, ihre Aktivität nimmt bei Fehlern weiter zu.

Der Bereich des sulcus intraparietalis (er trennt den lobus parietalis superior vom lobus parietalis inferior) scheint an der Selektion von Prioritäten wesentlich beteiligt zu sein. Er beteiligt sich weiters an der Selektion unter mehreren konkurrierenden visuellen Reizen.

An der Selektion zwischen mehreren Möglichkeiten der Antwort auf Inhalte, welche die Aufmerksamkeit erregen, nehmen weiters der vordere gyrus cinguli sowie der supplementär-motorische Kortex teil. Der vordere gyrus cinguli ist besonders an der Selektion korrekter motorischer Antworten bei schwierigen Problemlösungen beteiligt. In solchen Situationen sind mehrere medial gelegene präfrontale Kortexregionen gefordert.

Das thalamokortikale System ist Teil einer rückläufigen Aktivierungsschaltung und bringt Pyramidenzellen der Hirnrinde zu höherer Aktivität (starke Stimuli können "aufwecken" - oder im Wachzustand die Aufmerksamkeit auf die betreffende Reizquelle bündeln).

Gesteigerte Aufmerksamkeit hat mehrere Wirkungen - unter anderem steigt (unabhängig von der auslösenden Sinnesmodalität) die visuelle Empfindlichkeit (pulvinar thalami) und sinken die Reaktionszeiten. Die zielgerichtete Leistungsfähigkeit des Gehirns nimmt also zu. Cholinerge und adrenerge Anteile sind die wichtigsten Anteile in diesem System; beide sind im Wachzustand aktiv (die cholinergen auch im REM-Schlaf, die adrenergen auch im non-REM-Schlaf). NO (an Dendriten) scheint eine Rolle als Transmitter im ARAS zu spielen.

Da man die Aufmerksamkeit auf Dinge richtet, die man gleichzeitig mit den Augen fixiert (Projektion auf die fovea centralis), besteht eine enge Verbindung mit der Steuerung der Blickmotorik (frontales Augenfeld, Augenmuskelkerne). Zielgerichtete Augenbewegungen gehen insbesondere von den oberen Vierhügeln (colliculi superiores) des Mittelhirndachs aus. Veränderungen der Aufmerksamkeit gehen hingegen vom pulvinar thalami aus.

Die "oberste Kontrolle" über die Aufmerksamkeitssteuerung hat die Großhirnrinde - insbesondere der sulcus intraparietalis, das temporoparietale Übergangsgebiet, und das frontale Augenfeld. Die verschiedenen kortikalen Gebiete kooperieren bei der Steuerung der Aufmerksamkeit.
 
Zwischenhirn
 
 
Abbildung: Bereich des Zwischenhirns
Nach einer Vorlage bei toppr.com
Zum Zwischenhirn gehört der Thalamus, der u.a. fast alle afferenten (Sinnes-)Meldungen bearbeitet und wichtige motorische Funktionen hat, und der Hypothalamus, das vegetativ-endokrine Regulationszentrum

Das Zwischenhirn (Diencephalon) - wesentliche Teile davon dienen der Steuerung von Muskeltonus und Bewegungsabläufen (motorische Kontrolle) - besteht aus
    Thalamus
    Subthalamus (=thalamus ventralis) - zu ihm gehören das Pallidum (globus pallidus ) und der nucleus subthalamicus (Luysi), das sind Teile der Basalganglien
    Hypothalamus
    Epithalamus:
 
     Als Epithalamus bezeichnet man den dorsalen Abschnitt des Zwischenhirns. Zu ihm gehören
 
  das Prätectum
 
  die nuclei habenulares (Habenulae - lat. "Zügelchen" -, auch Epiphysenstiele genannt), sie verbinden den Thalamus mit der Zirbeldrüse (glandula pinealis), sind Teil des limbischen Systems und involviert in die Verarbeitung von Sinneseindrücken und Emotionen, Motivation und Lernen, sowie von Schmerz;
 
   die stria medullaris, ein Teil des Trigonum habenulae, das als Teil des dorsalen dienzephalen Leitungssystems in die Verbindung zwischen limbischem System und anderen Hirnteilen integriert ist;
 
  der hypothalamische nucleus paraventricularis (liegt neben dem 3. Hirnventrikel), der Oxytocin und (in geringerem Maß) Vasopressin produziert und diese Hormone an den Hypophysenhinterlappen transferiert;
 
  die commissura posterior mit ihren Verbindungsfasern, die u.a. für den konsensuellen Pupillenreflex benötigt werden;
 
  die Zirbeldrüse (glandula pinealis).

 
Thalamus
  Ein- und Ausgangsverbindungen

Der ~3 cm lange Thalamus ist aus zwei gleich strukturierten (median durch die aus Gliazellen bestehende adhaesio bzw. massa interthalamica miteinander verbundenen) Hälften (linker und rechter Thalamus), zwischen denen kaum neuronale Verbindungen bestehen, aufgebaut. Er liegt beidseits des 3. Ventrikels (lateral liegen absteigende Fasern der capsula interna) und macht ~80% des dienzephalen Volumens aus (knapp 20% der Masse des Zwischenhirns entfallen auf den Hypothalamus). Er besteht aus ~50 Kernen, die mit allen Teilen der Großhirnrinde reziprok (bidirektional) verbunden sind.

Der Thalamus dient u.a. als Schaltstelle für fast alle sensorischen Informationen (Ausnahme: Geruchssinn) sowie für den Großteil der aus dem Kortex kommenden motorischen Signale. Hier werden durchlaufende Impulse bewertet, angeglichen, neu gewichtet und modifiziert weitergeleitet. Dabei wird ein hohes Maß an Spezifität bewahrt (Sinnesmodalität, motorisches Ziel). Der Thalamus kann Informationsflüsse abschwächen, verstärken und/oder umorganisieren.

Die Kontakte des Thalamus mit dem umliegenden Gehirn sind zum Teil spezifischer Natur und sehr komplex aufgebaut. Die Thalamuskerne teilt man in Gruppen ein, z.B. als
 
     anteriore (Lernen, Gedächtnis)
 
     mediale (kortikale Anregung, kognitives Lernen)
 
     laterale (sensorische und motorische Aufgaben, Interpretation)
 
     posteriore Kerne (auditive und visuelle Funktionen, Sprachkontrolle, Integration)
 
Diese Kerngebiete sind durch Schichten weißer Substanz (laminae medullaris internae) voneinander abgegrenzt, die kleine Neuronengruppen (intralaminare Kerne) enthalten und kortikaler Aktivierung sowie sensomotorischer Integration dienen.
Thalamuskerne haben koordinative und 'Relaisfunktion' (betreffende Neuronen arbeiten sensorische Information modalitätsspezifisch auf). Der Mittelteil der medialen Gruppe und die intralaminären Kerne wirken als diffuse Projektionskerne. Durch Verbindungen mit Frontalhirn und Hippocampus beteiligt sich der Thalamus wahrscheinlich auch an der Kognition (z.B. Gedächtnis).

Oszillationen: Spontanaktive Zellen (Schaltneuronen) im Thalamus verfügen über HCN2-Ionenkanäle und üben über diese Schrittmacherfunktion aus (Spontandepolarisierung). Die graue Substanz des Thalamus ist durch vertikale Schichten weißer Substanz (laminae) aus Nervenfasern untergliedert, welche die Kerne untereinander sowie den Thalamus mit der Großhirnrinde verbinden (thalamokortikale, kortikothalamische, thalamothalamische Projektionen).

Der Thalamus hat vier grundsätzliche Funktionsbereiche:

     sensorisch - alle Sinnesinformation (außer dem Riechsinn) wird über den Thalamus an die Großhirnrinde übermittelt

     motorisch - Basalganglien und Kleinhirn senden motorische Impulsmuster über den Thalamus an die Großhirnrinde

     autonom-nervös (vegetativ) - der Thalamus beteiligt sich an Aufmerksamkeitssteuerung und Bewusstseinsbildung

     Emotion und Gedächtnis - der Thalamus ist Teil des Papez-Kreises und kontrolliert zum gyrus cinguli projizierte emotionale und Gedächtnisinformationen
 
 
Abbildung: Thalamuskerne, ihre Eingänge und Projektionen auf die Großhirnrinde
Nach einer Vorlage bei Massey / Cunniffe / Noorani, Carpenter's Neurophysiology - A Conceptual Approach, 6th ed. CRC Press Taylor & Francis Group 2022
Oben: Die Neuronenmasse des Thalamus wird durch die thalamischen laminae medullares Y-förmig in anteriore, mediale und laterale Areale unterteilt. Unten: Die zugeordneten Cortexareale (unten) sind entsprechend farbcodiert dargestellt.
 
Der mediale und laterale Kniehöcker (MG, LG) erhalten akustische (über CN 8) und visuelle Information (über CN 2). VPM (nucleus ventroposteromedialis) erhält sensorische Impulse aus dem Kopf- / Gesichtsbereich (CN 5), VPL (nucleus ventroposterolateralis) somatosensorische Information aus dem restlichen Körper.
 
LP und LD sind der lateral-posteriore und lateral-dorsale, DM ist der dorsomediale, CM der zentromediane Kern, Ant die anteriore Gruppe. Letztere korrespondiert mit dem limbischen System, VA mit den Basalganglien, VL mit dem Kleinhirn, LD mit dem Parietallappen und gyrus cinguli, die mediale Kerngruppe mit dem Frontallappen, die posteriore mit Assoziationscortices

     Unspezifisch / viszerosensibel sind intralaminäre und zentromediane Kerne. Sie erhalten Afferenzen aus der retikulären Formation des Mittelhirns und aus dem Vorderseitenstrang (tractus spinothalamicus) und projizieren in die gesamte Großhirnrinde.

     Spezifisch sensorisch sind die Kniehöcker (corpora geniculata) für Sehen und Hören sowie die ventrobasalen Kerne für die somatische Sensibilität. Diese Kerne sind entwicklungsgeschichtlich jünger (Entwicklung mit Neokortex), arbeiten modalitätsspezifisch und räumlich sehr präzise.

     Sensomotorisch: Nucleus ventralis anterior (verlangsamt Willkürbewegungen) und lateralis (beschleunigt Willkürbewegungen).

     Zu den Assoziationskernen gehören das Pulvinar und der Nucl. lateralis posterior (parieto-okzipito-temporale Verbindungen) sowie die mit dem gyrus cinguli verbundenen Nucll. anterior und lateralis dorsalis.
Funktionen, Ein- und Ausgangsverbindungen der Thalamuskerne
 
Anteriore Kerngruppe

Der anteriore Thalamus beschäftigt sich mit Aspekten von Lernen, Gedächtnis und Emotionen
Eingang: Hypothalamus (Mamillarkörper - Bahn: tractus mamillothalamicus), Hippocampus
Ausgang: Vorderes limbisches Gebiet - Gyrus cinguli (limbischer Paläokortex), gyrus parahippocampalis
  
Intralaminare Kerne

Intralaminare Kerne beteiligen sich an kortikaler Aktivierung und sensomotorischer Integration

Eingang: Tractus spinothalamicus, formatio reticularis, Kleinhirnkerne, Pallidum 
Ausgang: Striatum, Frontal- und Parietallappen
 
Mediale Gruppe

Der Mittelteil der medialen Gruppe (midline group) reguliert die Erregbarkeit des Vorderhirns
Eingang: Formatio reticularis, Hypothalamus 
Ausgang: Cortex cerebri inkl. Gyrus cinguli, Amygdala

Der Dorsomedialkern (medial dorsal nucleus) ist befasst mit Emotionen, kognitivem Lernen, Gedächtnis und Beurteilung

Eingang: Limbisches System (Amygdala, dorsales Striatum, Hypothalamus), Riechhirn 
Ausgang: Präfrontalkortex, limbisches System (Gyrus cinguli), Nucleus basalis
 
Laterale Gruppe
 
  Nucleus ventralis anterior: Beteiligung an der Bewegungsplanung

Eingang: Basalganglien 
Ausgang: Prä- und supplementär-motorischer Kortex, Gyrus cinguli

 Nucleus ventralis lateralis: Bewegungsplanung und -kontrolle
Eingang: Kleinhirn (kontralateraler nucl. dentatus), Basalganglien (Pallidum und nucl. niger, ipsilateral), tractus spinothalamicus 
Ausgang: Prä- und primärmotorischer Kortex

Nucleus ventralis posterior (lateralis und medialis): Somatosensorik
Eingang: Rückenmark (Somatosensorik über nucleus gracilis und cuneatus), Hirnstamm (lemniscus medialis) 
Ausgang: Parietaler Kortex (primär somatosensorisch)

Nucleus lateralis dorsalis: Gedächtnis und Interpretation visueller Reize
Unsicher (Hippocampus, colliculi superiores?)
Ausgang: Gyrus cinguli, visueller Assoziationskortex
Nucleus lateralis posterior: Sensorische Interpretation

Eingang: Obere Vierhügel (colliculi superiores), Okzipitallappen, somatosensorischer Kortex
Ausgang: Assoziationskortex (okzipital, parietal, temporal)
 
Posteriore Gruppe
 
Pulvinar: Sensorische Integration, Augenbewegungskontrolle, Sprachkontrolle, Wechsel der Aufmerksamkeit auf die Gegenseite
Eingang: Obere Vierhügel, Prätectum, assoziative Rinde im Okzipitallappen 
Ausgang: Parieto-temporo-okzipitaler Assoziationskortex, Gyrus cinguli

Corpus geniculatum laterale: Verarbeitung visueller Information
Eingang: Netzhaut 
Ausgang: Primäre Sehrinde 

Corpus geniculatum mediale: Verarbeitung auditiver Information
Eingang: Untere Vierhügel (colliculi inferiores) 
Ausgang: Primäre Hörrinde
 

Hypothalamus
 
Der Hypothalamus ist die Zentralstelle für die Erhaltung physiologischer Gleichgewichte (neuro-humorale Homöostase, Integration verschiedener Regelsysteme, z.B. Körpertemperatur, Nahrungs- und Flüssigkeitsbilanz, Hormonstatus, metabolischer Status, Exekution emotionaler Antworten, Verhaltenssteuerung, zirkadiane Rhythmen). Er kann als Teil des limbischen Systems gesehen werden. Der Hypothalamus erhält Information über innere und äußere Reize und hat Zugriff auf die Hypophyse, vegetative Zentren, sowie motorische Neuronengruppen des Hirnstamms.
  vgl. auch dort
 
Man teilt den Hypothalamus in rostrokaudal angeordnete Regionen ein:
 
 
Abbildung: Hypothalamische Kerngebiete
Nach einer Vorlage bei uw.pressbooks.pub/ comparativeendocrinology
Links anteriorer, rechts posteriorer Hypothalamus. Die Abbildung zeigt die Gruppierung in präoptische, supraoptische, tuberale und mamilläre (posteriore) Kerngruppen.
  
Der anteriore Hypothalamus steuert den Wasserhaushalt; er kann Durstempfinden erzeugen und die Wasseraussscheidung der Nieren (via Vasopressin) anregen. Angiotensin regt das Subfornikalorgan und dieses das hypothalamische Durstzentrum an. Der anteriore Hypothalamus stabilisiert die Körpertemperatur und erzeugt die Hypophyse steuernde Hormone (Liberine, Statine).
  
Der mittlere (tuberale) Hypothalamus steuert u.a. Kreislauf, Verdauungssystem, Hunger und Sattheit.
  
Der posteriore Hypothalamus regt u.a. das sympathische System an, sezerniert Vasopressin und Oxytocin, kümmert sich um Schlaf, Wachheit, Lernen, Gedächtnis, auch Appetit und Sattheit.

    Der präoptische Hypothalamus (in der  Abbildung dunkelviolett markiert) liegt über dem chiasma opticum und enthält Neurone zur Steuerung von Durst, Wasserbilanz, Körpertemperatur, Schlaf, Sexualverhalten und zirkadiane Rhythmen. Neurone der präoptischen Region projizieren inhibitorisch auf Neuronen, die Weck- bzw. anregernde Wirkung haben; man kann sie als "Schlafneurone" bezeichnen. Die Mehrzahl dieser schlafinduzierenden Neurone liegt in der ventrolateralen präoptischen Region (ventromedial preoptic area vlPOA).
 
Der mediane nucleus praeopticus (median preoptic nucleus MnPO) hat eine herausragende Bedeutung als Zentrum für die Regulation der Körpertemperatur und des Flüssigkeitshaushaltes (Einfluss auf Hitze- und Kälteschutzverhalten sowie Trinkverhalten) und beeinflusst das Schlafverhalten. Seine Efferenzen ziehen zu hypothalamischen Nachbarkernen, in tiefere Hirnstammbereiche und von hier zu autonomen (mediolateralen) Rückenmarkszonen, um Durchblutung, Schweißsekretion und Piloerektion zu beeinflussen.

    Der supraoptische Hypothalamus liegt über dem Infundubulum und enthält den supraoptischen, anterioren und paraventrikulären Kern.

    Der tuberale Hypothalamus liegt direkt dahinter über der Hypophyse und kontrolliert deren hormonelle Steuerung (Liberine, Statine), das autonome Nervensystem, Aggression, Hunger und Sexualverhalten.

    Der posteriore Hypothalamus enthält die posterioren und mamillären Kerne sowie histaminerge Neuronen im nucl. tuberomamillaris (seine Aktivität weckt die Aufmerksamkeit).
 
   
Abbildung: Kerne des medialen Hypothalamus (Rechteck) und Projektionen
Modifiziert nach einer Vorlage in Clark / Boutros: The Brain and Behavior, Blackwell Science 1999
Oben: Supraoptische Region. Die Freisetzung der Hinterlappenhormone aus den nucll. supraopticus und paraventricularis hängt nicht nur von Faktoren wie Blutvolumen und Osmolalität ab, sondern kann auch durch Stressfaktoren wie Schmerz oder Angst gesteigert sein.
   
Der nucl. supraopticus verwaltet lichtabhängig zirkadiane Rhythmen.
  
Mitte: Tuberale Region. Diese Mamiolläre Region. steuert die Hypophyse und ist mit dem limbischen System verbunden.
   
Unten: Mamilläre Region. Dieser Teil ist in den Papez-Kreis eingebunden
Der mediale Hypothalamus ( Abbildung) wird auch unterteilt in

    die supraoptische Region direkt über der Sehnervenkreuzung hinter der präoptischen Region (diese enthält die präoptischen Kerne - medial den sexually dimorphic nucleus SDN).

Die supraoptische Region beinhaltet die Kerne, welche die Hinterlappenhormone Oxytozin und Vasopressin produzieren (magnozelluläre Neurone im nucl. supraopticus und paraventricularis) und die u.a. auf Stressfaktoren reagieren.
Die (paarigen) nuclei suprachiasmatici haben ein Volumen von jeweils nur 0,25 mm3 (0,00025 ml), sind aber von großer Bedeutung. Sie vollführen eine Zeitgeberaktivität (central master-clock), die sie zum primären Schrittmacher zirkadianer (~24-Stunden-) Rhythmen machen - eine Aufgabe, die sie über neuroendokrine Einflüsse auf zahlreiche physiologische Systeme wahrnehmen ( vgl. dort). Grundlage ist dabei ein Schwingungssystem miteinander verknüpfter molekularer Rückkopplungsschleifen, die sich auf die Genexpression der beteiligten Neurone auswirken. Sie liegen direkt über der Sehnervenkreuzung (daher der Name); zur Synchronisierung mit Rhythmen in der Umwelt empfangen sie Signale aus der Netzhaut.
    
    Die tuberale Region (s. oben) - der nucl. arcuatus ist in die Kontrolle des Körpergewichts involviert und produziert auch ß-Endorphin.

Der nucl. dorsomedialis vermittelt aggressives Verhalten, der nucl. ventromedialis erhält Impulse vom Mandelkern und projiziert auf den Meynert'schen Basalkern; auch er reguliert Nahrungsaufnahme und Körpergewicht. Der mediale Hypothalamus wirkt als Sattheitszentrum
    
    Die mamilläre Region erhält vor allem Impulse aus dem Hippocampus; ihre Funktion ist mit Emotionen und Gedächtnisbildung verknüpft. Projektionen in den vorderen Thalamuskern sind Teil limbischer Rückkopplung.
  
Seitlich vom medialen Hypothalamus liegt der laterale Hypothalamus; diese Zone gilt als Hungerzentrum.
  
Der laterale Hypothalamus ist intensiv mit dem nucleus accumbens und dem ventralen Tegmentum verschaltet, und ist vor allem in Vorgänge im Zusammenhang mit Aufmerksamkeit und Belohnung involviert.
 
  
Abbildung: Kerne und Verbindungen des Hypothalamus ( s. auch dort)
Nach einer Vorlage bei clinicalgate.com
Blutversorgung der Hypophyse: Über den Pfortaderkreislauf der oberen Hypophysenarterie gelangen hypothalamische Liberine / Statine von der eminentia mediana zum Vorderlappen, und Vorderlappenhormone über den weiteren Venenverlauf - und über das Versorgungsgebiet der unteren Hypophysenarterie aus dem Hinterlappen Oxytozin und Vasopressin - in den systemischen Kreislauf.
   
Anteriore Kerngruppe grün, mittlere rosa, posteriore grau, nucl.lateralis blau unterlegt

Der Hypothalamus hat zentrale Bedeutung für
 
   vegetative Anpassungsreaktionen (Aufrechterhaltung der Homöostase: Kreislauf, Atmung, Körpertemperatur, Metabolismus / Nahrungsaufnahme, Flüssigkeitsvolumen und Osmolalität / Flüssigkeitsaufnahme und Nierenfunktion, vegetative Begleitung von Angriffs- oder Fluchtverhalten - Substratversorgung! -, Immunabwehr, Schlaf-Wach-Rhythmus etc) und
 
   die entsprechende Abstimmung mit der Verhaltenssteuerung, wie
 
     Essen: Nutritives (die Nahrungsaufnahme betreffendes) Verhalten und parasympathische Aktivierung des Verdauungssystems (trophotrope, d.h. auf die Ernährung gerichtete Reaktionslage). Multiple periphere und zentrale Signale - neuronale wie humorale - werden in die Steuerung der Energie-Homöostase einbezogen. Ziel ist die Herstellung eines Gleichgewichts zwischen Nahrungsaufnahme und Energiekonsumption (und die Erhaltung eines optimalen Körpergewichts).

Periphere Faktoren, die den Energiestatus längerfristig (über die Zeit gemittelt) anzeigen, sind ( Abbildung) Leptin und Adiponektin aus dem Fettgewebe und Insulin aus der Bauchspeicheldrüse. Ghrelin aus dem Magen liefert ein akutes Hungersignal, und zu den Sättigungssignalen (kurzfristige Speicheranzeige) gehören das Peptid YY (PYY3-36), pankreatisches Polypeptid, Amylin und Oxyntomodulin (OXM). Die Inkretinhormone Glukagonähnliches Peptid (GLP-1) und Glukoseabhängiges insulinotropes Peptid (GIP) verstärken die Reaktion der Langerhans-Inseln im Pankreas auf nutritive Reize.
 
       
Abbildung: Der Hypothalamus integriert Signale zur Steuerung des Energiehaushalts
Nach Cooke D, Bloom S, The obesity pipeline: current strategies in the development of anti-obesity drug. Nature Rev Drug Discov 2006; 5: 919-31
Hypothalamische Neuronen verfügen über zahlreiche Rezeptorarten für Signalstoffe, die für den Energiemetabolismus bedeutsam sind, wie  Ghrelin, Leptin, Insulin, Melanocortin (MC), GLP und NPY

Zusätzliche Signale kommen von Rezeptoren im Magen (Dehnung) und oberen Dünndarm (Nährstoffe) und werden über vagale und auch sympathische Afferenzen an den nucleus tractus solitarii weitergeleitet.

Der nucleus arcuatus fasst all diese Signale zusammen. So wird das Wechselspiel von appetitfördernden und -hemmenden Neuronen (orexigen, anorexigen) gesteuert.
 
     Mehr über die Steuerung von Hunger und Sattheit s. dort
 
     Trinken: Wasseraufnahme in Reaktion auf Durstempfinden. Das Trinkverhalten ist wesentlich von der osmotischen Konzentration der Körperflüssigkeiten bestimmt, insbesondere im Hypothalamus (Osmorezeptoren im Gebiet des nucleus supraopticus).
 
     Wärmehaushalt und Temperaturregulation - dazu gehören Einflüsse auf Energieutilisation, Wärmeproduktion im Muskel, Hautdurchblutung, Sudomotorik (Schweißbildung) genauso wie entsprechendes Verhalten (z.B. Aufsuchen eines wärmeren oder kühleren Ortes)
 
     Abwehr- und Aggressionsverhalten im Zusammenspiel mit dem limbischen System; hier überwiegt die Aktivität des Sympathikus (ergotrope, d.h. auf die Entfaltung von Muskelkraft gerichtete Reaktionslage), Hormonausschüttung aus der Nebenniere eingeschlossen
 
     Reproduktives Verhalten, das der Fortpflanzung dient: Verarbeitung sexueller Signale (Formen, Stimme, Bewegungsmuster, Pheromone, Pupillenweite, Berührung), Koordination hormonell-vegetativer Reaktionen
 
     Beteiligung an der Steuerung des Schlaf-Wach-Rhythmus  s. dort.
  
Diese Verhaltensmuster bedingen ein enges Zusammenspiel zwischen
      autonomem (=vegetativem) Nervensystem - z.B. Koordination von Reflexen,
 
      limbischem System (Hippocampus, Amygdala, Septumkerne usw) - Kontrolle von Gefühlen und Verhaltensabläufen,
 
      motorischen und sensorischen Systemen.
   
Hypothalamus
Nucleus
 		Funktion / Stimulationseffekt
 		Effekt einer Läsion
suprachiasmaticus
 		Einstellen der zirkadianen Rhythmik
 		Wegfall der zirkadianen Periodik
supraopticus / paraventricularis
 		Anstieg von Blutvolumen, Blutdruck, Metabolismus
 		Diabetes insipidus
lateralis
 		Erhöhte Nahrungsaufnahme
 		Appetitlosigkeit
ventromedialis
 		Erniedrigte Nahrungsaufnahme
 		Hungerzustände
dorsomedialis
 		sham rage*
 		Abnahme des Aggressionspegels
corpus mamillare
 		-
 		Übergang Kurz- zu Langzeitgedächtnis defekt
 
* Unter sham rage ("vorgetäuschter Wut") versteht man experimentell im Tierversuch herbeigeführte Verhaltensänderungen (Krümmung des Rückens, Fauchen, Ausfahren der Krallen, Beißen) bei Stimulation des nucl. dormomedialis oder Abtragung der Großhirnrinde. Der Begriff wurde von Walter B. Cannon geprägt (von ihm stammt auch der Begriff der Fight-or-flight response und das Konzept der Homöostase, veröffentlicht in seinem 1932 erschienenen Buch "The Wisdom of the Body").
 
Von hypothalamischen Nervenzellen freigesetzte Signalstoffe
 
     wirken zum Teil als synaptische Transmitter auf andere Nervenzellen,
 
     teils werden sie über neuronalen Transport in den Hypophysenhinterlappen befördert (etwa 105 Neurone mit Zellkörpern in den nucl. supraopticus und paraventricularis), aus dem sie bei Erregung der Neurone freigesetzt werden,
 
     teils (in der eminentia mediana) in das Blut des hypothalamisch-hypophysären Pfortadersystems freigesetzt und wirken auf den Vorderlappen ein (Releasing- und Inhibiting-Faktoren = Liberine und Statine).
   
 
Abbildung: Fasersysteme des zentralen autonomen Systems
Nach einer Vorlage bei opentextbc.ca
Der Hypothalamus kontrolliert die meisten autonomen (vegetativen) Funktionen. Er erhält Impulse aus dem Großhirn und projiziert auf Hirnstamm und Rückenmark. So steuert er sympathische und parasympathische Aktivität. Die wichtigsten Verbindungsbahnen sind das mediale Vorderhirnbündel und der fasciculus longitudinalis dorsalis.
 
Das mediale Vorderhirnbündel (fasciculus medialis telencephali, medial forebrain bundle) ist Teil eines Belohnungssystems (zu diesem gehört der nucl. accumbens), das auf die Brodmann-Areale 8 bis 11 projiziert und sowohl auf- als auch absteigende Bahnen enthält.
 
Das hintere Längsbündel (fasciculus longitudinalis dorsalis, Schütz'sches Bündel) zieht vom Hypothalamus (corpora mamillaria) zur medulla oblongata und verbindet parasympathische Hirnnervenkerne (Edinger-Westphal, nucll. salivatorii, nucl. dorsalis N. vagi). Es enthält ebenfalls sowohl auf- als auch absteigende Fasern und beteiligt sich an den meisten autonom-nervösen Regulationsvorgängen

 Der Hypothalamus ist ein Bindeglied bei der neuro-humoralen Koordination. Er erhält Impulse von

       übergeordneten Gebieten (Großhirnrinde, limbisches System, Thalamus)
 
       Afferenzen aus der Peripherie
 
       Rezeptoren im Hypothalamus selbst (diese messen Hormonspiegel, Metaboliten wie Glukose und Fettsäuren, Osmolalität, Temperatur). Rezeptoren erlauben Gegensteuerung im Sinne einer negativen Rückkopplung, z.T. neuronal, z.T. durch Liberine und Statine.

    Wärmerezeptoren veranlassen bei Erhöhung der Bluttemperatur über einen Schwellenwert (z.B. 37,0°C) vermehrte Wärmeabgabe des Körpers über die Haut
 
     Osmorezeptoren messen die Osmolalität des Blutes und regen bei Erhöhung Durstempfinden und Vasopressinfreisetzung an, hemmen bei Erniedrigung das Vasopressinsystem und fördern die Aldosteronbildung
 
     Hormonrezeptoren sprechen auf die Konzentration von T3/T4, Cortisol, Östradiol und Progesteron, Testosteron und Dihydrotestosteron an und korrigieren dementsprechend die Freisetzung von Liberinen und Statinen.
 
Magno- und parvozelluläre Gebiete
  
Der Hypothalamus trägt intensiv zur Steuerung des autonomen Nervensystems (lateraler Hypothalamus) und neurosekretorischer Zellen (medialer Hypothalamus) bei.

    
Abbildung: Vasopressinneurone und hypothalamisch-hypophysäres System
Nach Koshimitsu T et al, Vasopressin V1a and V1b Receptors: From Molecules to Physiological Systems, Physiol Rev 2012; 92: 1814-64
Vasopressinproduzierende Neuronen bilden das Hormon als Präprohormon und verwandeln es während des Transfers in die Axonperipherie zu Vasopressin (=Adiuretin, antidiuretisches Hormon ADH).
 
Axone von magnozellulären Nervenzellen - deren Körper im nucl. paraventricularis (PVN) und supraopticus (SON) liegen - speichern das Hormon in Form von Herring-Körperchen . Sie enden im Hypophysenhinterlappen, wo Vasopressin über das Blut aus der a. hypophysealis inferior in den Kreislauf abtransportiert wird ("hypothalamisch- neurohypophysäres System").
 
Parvozelluläre Vasopressinneurone im PVN hingegen enden an äußeren Kapillarnetzen der eminentia mediana und setzen hier Vasopressin frei, das über hypothalamisch-hypophysäre Pfortadergefäße in den Vorderlappen gelangt und hier die Freisetzung von ACTH anregt

Neurosekretorische Zellen des Hypothalamus:
 
         Großzellige (magnozelluläre) Gebiete im vorderen Hypothalamus: Hierzu gehören der nucl. supraopticus und Teile des nucl. paraventricularis. Diese Zellen bilden Vasopressin und Oxytozin, die über axonalen Transport in den Hypophysenhinterlappen gelangen und in Herring-Körperchen zwischengespeichert werden, bis sie - durch Aktionspotentiale getriggert - in Hinterlappengefäße angegeben werden ( Abbildung).
 
        Kleinzellige (parvozelluläre) Gebiete im medialen Hypothalamus: Sie setzen im Bereich der eminentia mediana ihre Hormone in den Pfortaderkerislauf frei. Die Hormone gelangen in den Hypophysenvorderlappen ( Abbildung), wo Vasopressin über V1-Rezeptoren die Freisetzung von ACTH anregt. Dadurch wirkt es synergistisch mit CRH und fördert die Freisetzung von Glucocorticoiden.
 
Gemeinsame Aufgabe des vegetativ-nervösen Systems und der Hormone sind

       Stabilisierung und Steuerung des Stoffwechsels

       Einstellung des “inneren Milieus” (Temperatur, Kreislauf, Atmung, Wasser- und Elektrolythaushalt)

       Steuerung von Wachstum und Reifung

       Überwachung der Funktion der Fortpflanzungsorgane.

Der Hypothalamus beeinflusst somato-motorische Funktionen über eine Kreisschaltung zwischen limbischem System und formatio reticularis. Emotionell-psychische Impulse und Umweltreize beeinflussen diese Steuerungstätigkeiten.
Bereits als Student forschte der Schweizer Walter Rudolf Hess an physiologischen Fragestellungen. Dann arbeitete er als Augenarzt, bis er sich wieder der Physiologie zuwandte und ab 1917 als Ordinarius in Zürich wirkte. Ab 1920 führte er seine bahnbrechenden Versuche mit "unterbrochener Gleichstromreizung" am Gehirn durch. Seine Elektroden hatten einen Durchmesser von lediglich 1/4 mm. Mittels punktgenauer Stimulation im Hypothalamus konnte er verschiedenste vegetative Reaktionen und Verhaltensänderungen der Versuchstiere auslösen. 1949 erhielt er den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin "für die Entdeckung der funktionellen Organisation des Zwischenhirns für die Koordination der Tätigkeit von inneren Organen".
 


 
Schon im frühen Kindesalter kann es zum Auftreten eines Attention Deficit / Hyperactivity Syndrome (ADHS, Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung) kommen. Bei diesen Patienten ist die Aktivität im Präfrontalkortex betroffen, dies hängt offenbar mit Veränderungen in den Dopamin-, Serotonin- und/oder Noradrenalinsystemen des Hirnstamms zusammen.
 
    Dementsprechend versucht man, diese Systeme pharmakologisch zu beeinflussen, z.B. mit Methylphenidat (Ritalin): Dieses hemmt präsynaptische Wiederaufnahme-Transporter (reuptake inhibition) für Dopamin und Noradrenalin und erhöht dadurch deren synaptische Verfügbarkeit und Wirkung; und es bindet an Serotoninrezeptoren.
 

 
      Der Hirnstamm hat motorische, sensorische, vegetative, endokrine Funktionen. Zu motorischen Aufgaben des Hirnstamms gehören Körperstabilisierung (posturale Motorik, Halte- und Stellreflexe), Schutzmotorik, Modulation von Lokomotionsautomatismen (Schreiten, Laufen)
 
     Die Medulla oblongata hat Chemorezeptoren (Säure-Basen-Haushalt) und Reflexzentren für Kreislauf, Atmung, Ernährung. Viszerale Afferenzen der Nn. facialis, glossopharyngeus, vagus informieren den nucleus tractus solitarii über den Zustand in Carotissinus, Aortenbogen, Herzräumen, Lunge und gastrointestinalem System. Der viszeromotorische nucleus ambiguus erhält Afferenzen aus Großhirnrinde und Trigeminuskern und projiziert auf Muskeln in Gaumen, Rachen und Kehlkopf (Schluckvorgang, Sprechen)
 
     Die Pons enthält Kerne für die Kommunikation zwischen Groß- und Kleinhirn und kontrolliert die Freigabe des Detrusionsreflexes (Steuerung der Blasenmotorik)
 
     Das Mesencephalon beteiligt sich an der Extrapyramidalmotorik und steuert die Okulomotorik.
 
   --  Das Tegmentum erfüllt vegetative, sensorische und motorische Aufgaben; es enthält Teile der formatio reticularis (Atem- und Kreislaufzentrum), den fasciculus longitudinalis medialis (Koordination der Blickbewegungen und Gleichgewicht), den fasciculus longitudinalis dorsalis (Projektionsbahn des Hypothalamus) und wirkt sich auf die meisten autonom-nervösen Funktionen des Körpers aus
 
   --  Das Tectum (Vierhügelplatte): Die colliculi superiores dienen visuellen Reflexen (Zielauswahl) und dienen als Integrationsstelle für multisensorische, kontextuelle Information für die Steuerung von Blickbewegungen; die colliculi inferiores dienen Umschaltungen der Hörbahn
 
   --  Das Prätektum ermöglicht den konsensuellen Pupillenreflex
 
   --  Das zentrale Höhlengrau dient opioiderger Schmerzunterdrückung, es kann Panik auslösen
 
     Zum Diencephalon gehören Thalamus, Hypothalamus, Zirbeldrüse und Subthalamus, Pallidum, Raphekerne und Coeruleuskerne. Es entsendet noradrenerge (Wachheit, Aufmerksamkeit, Angst, Stress, Blutdruckregulation), serotoninerge (aktivierendes retikuläres System, sensory processing, Appetit, Körpertemperatur, Stimmungslage), dopaminerge (Motorik, Psyche, Prolaktinfreisetzung) und cholinerge (Belohnung, Lernen, Aufmerksamkeit, Gedächtnis) Projektionen in das Vorderhirn
 
     Wachheit und Bewusstsein werden durch Aktivität des aktivierenden (aszendierenden) retikulären Systems (ARAS, auch extrathalamisches Kontrollsystem) ermöglicht. Dieses reicht vom Hirnstamm über den Thalamus bis zur Großhirnrinde, in seinem Zentrum steht die formatio reticularis des Mittelhirns. Endo- (top down) oder exogen (bottom up) aktiviert, regt es den Kortex an
 
     Der Thalamus hat mehrere Funktionsbereiche: Sensorische (alle Sinne außer olfaktorisch), motorische (von Basalganglien und Kleinhirn zur Großhirnrinde), vegetative und emotionale (Teil limbischer Kreisschaltungen). Die Kerne des Thalamus wirken viszerosensibel, sensorisch, sensomotorisch und assoziativ
 
     Der Hypothalamus konzentriert sich auf die Aufrechterhaltung der Homöostase (Kreislauf, Atmung, Körpertemperatur, Metabolismus / Nahrungsaufnahme, Flüssigkeitsbilanz, Osmolalität und Nierenfunktion, vegetative Begleitung von Angriffs- oder Fluchtverhalten, Immunabwehr, Schlaf-Wach-Rhythmus) und Verhaltenssteuerung
 

 




  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.