Der präfrontale Kortex
Der präfrontale Kortex ist für die Planung und Durchführung von komplexen motorischen Handlungen verantwortlich. Es werden die Funktionen des prämotorischen und des präfrontalen Kortex miteinander verknüpft um eine komplexe Bewegung aus einer Vielzahl von Möglichkeiten auszuwählen. Für die Ausführung ist der prämotorische Kortex verantwortlich. Der präfrontale Kortex stellt ein Arbeitsgedächtnis dar, in welchem ein temporales Gedächtnis über die wahrgenommene Umgebung existiert. Spezielle Verhaltensweisen werden aus einer Vielzahl von Möglichkeiten ausgewählt. Das Arbeitsgedächtnis ist die einfachste Art, mit der Umwelt in Beziehung zu treten. Hier entstehen reflexartige Antworten auf einen Reize von außen. Das während der Evolution herausgebildete Arbeitsgedächtnis erlaubt es uns, eine gewisse Entscheidungszeit zwischen äußeren Reizen und der eigentlich bewussten Handlung zu schieben. Dies wird bewerkstelligt indem es Stimuli auch nach ihrem Verschwinden für einige Zeit im Bewusstsein festhält. Auf diese Weise entsteht eine innere Repräsentation der Außenwelt, ein Gegenwartsbewusstsein, das laufend aktualisiert wird. Das Arbeitsgedächtnis sammelt und koordiniert alle für die nächsten Pläne, Gedanken und Handlungen wichtigen externen und internen Informationen und gibt sie als kohärente Steuerbefehle an Hirnregionen mit exekutiven Aufgaben weiter. Ohne Arbeitsgedächtnis könnte kein Geiger eine Violinsonate vortragen, kein Dozent eine Vorlesung halten und kein Schachspieler die nächsten Züge planen. Die enorme Bedeutung des Arbeitsgedächtnisses für die Integrität unseres Denkens, Wollens und Handelns veranschaulichen Befunde aus der neurowissenschaftlichen Schizophrenieforschung. Danach sind Kernsymptome der Schizophrenie wie der Zerfall von Ich und Welt in disparate Fragmente Ausdruck einer Störung gerade derjenigen Verschaltungen im präfrontalen Kortex, die das Substrat des Arbeitsgedächtnis bilden. Bei der endgültigen Entscheidung einer Handlung sind auch das Limbische System, der Hippocampus und der Nucleus caudatus beteiligt.
Funktionen des präfrontalen Cortex nach Guyton (1987)
- Kapazität zum Vorausdenken
- Planen zukünftigen Verhaltens
- Verzögerung der Reaktion im Dienste der Analyse
- Vorhersehen der Folgen der Aktion (motorisch)
- Lösen komplizierter Probleme (Math., Philos.)
- Zusammenhänge vielseitiger Informationen
- Abstimmung der Aktivitäten mit Moralgesetzen
Der Hypothalamus
Der Hypothalamus ist ein Verbindungsstück zwischen dem Körper und den übrigen Regionen des Gehirns sowie eine übergeordnete Schaltzentrale des vegetativen Nervensystems. Er ist bei der Steuerung vieler körperlicher und psychischer Vorgänge von lebensnotwendiger Bedeutung. Die nahe Beziehung zum limbischen System bleibt nicht ohne Beeinflussung des Hypothalamus. So ergeben sich wechselseitige Einflüsse.
Zellen im Hypothalamus empfangen Botschaften von den Gehirnzellen.
Durch diese Botschaften wird der Hypothalamus veranlasst, Hormone in die Hypophyse auszuschütten. Die Hypothalamushormone wiederum bewirken eine verstärkte oder verminderte Ausscheidung von Hormonen der Hypophyse.
Die Steuerung dieses Mechanismus verläuft entweder auf nervalem Wege, über das vegetative Nervensystem, oder über Hormone, die über den Blutkreislauf transportiert und verteilt werden. Deshalb ist der Hypothalamus ein Bindeglied zwischen dem Nervensystem und dem Hormonsystem.
Der Hypothalamus ist außerdem in der Lage, über spezialisierte Rezeptoren Körperfunktionen zu kontrollieren:
- Kontrolle des Wasserhaushaltes
- Messung/Überwachung der Körpertemperatur
- Überprüfung der Kreislauffunktionen, des Magen-Darm-Traktes und der Blasenfunktion
- Steuerung der Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme sowie des Sättigungszentrums
- Entwicklung von Emotionen, wie Wut und Aggression
- Unterhält über den Sympathicus eine Verbindung zur Nebenniere
Der Hypothalamus und das Limbische System sind mit der Großhirnrinde verbunden, dadurch können vegetative Vorgänge zum Teil willkürlich gesteuert werden.
Die Hypophyse
Die Hypophyse ist ein kleines bohnenförmiges Organ. Sie besteht aus zwei Teilen, dem Hypophysenvorderlappen und dem Hypophysenhinterlappen. Der Hypophysenvorderlappen wird auch Adenohypophyse und der Hypophysenhinterlappen Neurohypophyse genannt.
Die Hypophysenhinterlappen bildet selbst keine Hormone. Er ist ausschließlich Lager- und Abgabeorgan für die Effektorhormone, die im Hypothalamus gebildet werden. Anatomisch gesehen besteht der Hypophysenhinterlappen ausschließlich aus den Axonen der zwei Kerngebiete des Hypothalamus, welche die Effektorhormone bilden. So ist der Hypophysenhinterlappen eindeutig ein Anhängsel des Nervensystems und keine endokrin tätige Drüse.
Der Grund, warum der Hypothalamus nicht selbst die Effektorhormone in den Blutkreislauf abgibt, anstatt sie im Hypophysenhinterlappen zwischenzulagern, liegt in der Blut-Hirn-Schranke.
Die Hypophyse ist der einzige Bereich des Zentralen Nervensystems, bei dem die Blut-Hirn-Schranke nicht wirksam ist. Würde der Hypothalamus die Effektorhormone freisetzen, so würden sie sozusagen im Interstitium "stecken bleiben" und nicht in den allgemeinen Blutkreislauf gelangen.
Die wichtigsten Effektorhormone des Hypophysenvorderlappens, die direkt an den Zielzellen wirken, sind:
Prolaktin
Dieses Hormon regt das Wachstum der Brustdrüsen an und fördert die Produktion der Milch in den Brustdrüsen. Stimuliert wird die Ausschüttung von Prolaktin durch das Saugen des Kindes an der Brustwarze.
Wachstumshormon
Das Wachstumshormon oder auch STH (Somatotropes Hormon) oder HGH (Human growth Hormone) abgekürzt, kontrolliert das Längenwachstum vor der Pubertät. Es fördert das Wachstum der inneren Organe und hat Einfluss auf den Stoffwechsel. Zusätzlich ist es an der Verknöcherung des Skeletts beteiligt sowie an der Bildung von Glucose in der Leber. Die Bildung und Ausschüttung des Wachstumshormons wird über die Hypothalamushormone GH-RH und GH-IH gesteuert.
MSH oder Melanozyten-Stimulierendes-Hormon
MSH hat einen Einfluss auf die Pigmentierung der Haut, indem es die pigmentbildenden Melanozyten der Haut zur Bildung von Melanin stimuliert.
Das Limbische System
Die wichtigsten Strukturen des limbischen Systems sind Amygdala, der Hippocampus, benachbarte Regionen des limbischen Kortex und die Area septalis. Diese Strukturen weisen starke Verknüpfung mit Teilen des Hypothalamus, des Thalamus und der Großhirnrinde (speziell mit Gyrus cinguli) auf.
Die Funktion des limbischen Systems ist es für die äußere und innere Homöostase zu sorgen, d.h. hormonelle und vegetative Funktionen mit äußeren Existenzbedingungen und Bedürfnissen des Organismus zu integrieren. Falls der Körper keine Homöostase erreicht entsteht ein Mangelzustand (Hungergefühl, Kältegefühl...), aus denen Antriebe werden die aus individuellem Entschluss durch neokortikale Strukturen gehemmt oder gefördert werden können.
Aus Strukturen des limbischen Systems entstehen also Antriebe und Emotionen die der Erhaltung des Individuums dienen. Aber auch sexuelle Appetenz und exploratives Verhalten sowie Neugier.
Weiter soll das limbische System an verschiedensten Lernprozessen positiven oder negativen Einfluss ausüben und an der Regulation des Zugangs zu Gedächtnisspeichern und zum Bewusstsein beteiligt sein.
Zusammenfassend kann man sagen, dass limbische System und vor allem die Amygdala sind essentielle Gehirnregion im Prozessieren von emotionalen Bedeutungen von Umwelt- aber auch körpereigenen Ereignissen. Hier werden emotionale Bedeutungen von einfachen sensorischen Reizmustern bis zu komplexen Wahrnehmungen und sogar abstrakten Gedanken evaluiert und der Ausdruck von emotionalen Reaktionen kontrolliert.
Diese Funktionen werden durch Verbindungswege von Thalamus, Neokortex, dem Hippocampus und der Amygdala sichergestellt. Die Prozesse werden zusätzlich unspezifisch im zentralen und in den peripheren Nervensystemen in Bezug auf Intensität und Dauer geregelt. Das emotionale System kann über diese Regulierung seine eigene Aktivität aufrecht erhalten oder beenden.
Die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse)
Unter den zahlreichen physiologischen "Stresssystemen" nimmt die sogenannte Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse - im Folgenden nach der angloamerikanischen Terminologie als "HPA" abgekürzt - eine Sonderstellung ein.
Bei der HPA handelt es sich um eine dreigliedrige Hormonachse, die aus dem hypothalamischen Peptidhormon CRH (Corticotropin-Releasing Hormone), dem hypophysären Peptidhormon ACTH (Adrenocorticotropes Hormone) sowie dem Nebennierenrinden-Steroid Cortisol besteht. Die drei sezernierten Hormone bilden mehrere negative Rückmeldeschleifen, um auf allen drei Gewebsebenen eine optimale Regulation der Produktion und Sekretion dieser Botenstoffe zu gewährleisten. Eine Dysfunktion der HPA-Achse wird ursächlich in Verbindung gebracht mit der Entstehung oder Pathogenese unterschiedlichster Erkrankungen, wie etwa Depression, Krebs, Neurodermitis oder einem Burn-out Syndrom.
Das Endprodukt der HPA-Achse, Cortisol, übt nachhaltige Effekte auf nahezu alle Organe des Körpers aus. Praktisch jede kernhaltige Zelle ist eine potentielle Zielzelle für das Steroidhormon Cortisol, welches aufgrund seiner hohen Fettlöslichkeit und des geringen molekularen Gewichts problemlos die Doppellipidmembranen unserer Körperzellen durchdringt und an die cytosolischen Rezeptoren bindet. Abhängig vom genetisch determinierten "Auftrag" der Zielzelle beeinflusst Cortisol sowohl den Körperstoffwechsel, das Immunsystem als auch das Gehirn. Eiweiß-, Kohlenhydrat- und Fetthaushalt werden durch Cortisol ebenso (mit-) gesteuert, wie die zelluläre, humorale und unspezifische Körperabwehr von diesem Steroid kontrolliert wird. Nach heutigem Wissenstand ist Cortisol das stärkste Immunsuppressivum, das unser Körper selbst produziert. Allerdings wirkt Cortisol nicht nur unterdrückend auf die Körperabwehr es mehren sich die Hinweise darauf, dass einige Immunparameter durch Cortisol auch stimuliert werden. Darüber hinaus übt Cortisol nachhaltige Effekte auf zentralnervöse Strukturen aus. Komplexe Prozesse wie Aufmerksamkeit, Vigilanz oder auch Gedächtnis unterliegen einer partiellen Kontrolle des Nebennierenrindenhormons.
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