Kleinhirn meets Großhirn

20. Oktober 2016

Obwohl ihm eine zentrale Rolle bei der Steuerung von grundlegenden Bewegungsabläufen und geistigen Fähigkeiten zukommt, ist bisher nur wenig von ihm bekannt: das Kleinhirn. Entsprechend wenig wussten wir daher bisher auch über seine wichtigste Umschaltstelle, den Nucleus dentatus, der die vom Kleinhirn verarbeiteten Information an das Großhirn weiterleitet. Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften (MPI CBS) in Leipzig ist es nun gelungen, einen wesentlichen Teil der Datenwege zu dieser zentralen Schaltstelle zu entschlüsseln – und damit den Blick in den Teil des Gehirns zu schärfen, den einige auch als das Herz des Gehirns bezeichnen.

Die innere Verdrahtung des Kleinhirns. © A. Anwander/ MPI CBS

Tennisballgroß sitzt es ganz hinten in unserem Schädel, unter den beiden Hälften des Großhirns, zusammengesetzt aus grauer und weißer Hirnmasse. Das Kleinhirn ist seit jeher der unterschätzte Kollege des Großhirns, obwohl es ihm in seiner Komplexität kaum unterlegen ist und mehr als die Hälfte der gesamten Neurone im Gehirn beinhaltet. Verletzungen dieses Hirnteils können zudem zu deutlichen sprachlichen und emotionalen Defiziten führen und präzise Bewegungen unmöglich machen, etwa ein Glas zum Trinken an den Mund zu führen.

Eines seiner wichtigsten Strukturen, in seinem tiefen Inneren gelegen, ist der Nucleus dentatus, der seinen Namen als Zahnkern seinem gezackten äußeren Band an grauer Substanz zu verdanken hat. Diese Ballung von Nervenzellkörpern verarbeitet als wichtigste Umschaltstelle die Informationen, die vom Kleinhirn und seiner grauen Substanz an das Großhirn weitergegeben werden. Bisher war jedoch nur wenig darüber bekannt, über welche Faserverbindungen das geschieht.

„Wir konnten nun erstmals zeigen, über welche Nervenbahnen Daten aus der grauen Substanz des Kleinhirns an den Zahnkern als sein wichtigstes Stellwerk weitergegeben werden, um von dort ins Großhirn zu gelangen und endverarbeitet zu werden“, so Christopher J. Steele, Erstautor der dazugehörigen Studie. Den Neurowissenschaftlern ist es damit gelungen, die erste wesentliche Etappe der Informationsschleife zwischen Klein- und Großhirn aufzudecken. „Dadurch konnten wir erstmals auch anhand dieser Nervenbahnen verdeutlichen, welchen entscheidenden Beitrag das Kleinhirn sowohl für die Kontrolle von Bewegungen als auch von höheren geistigen Fähigkeiten leistet.“ Besonders erstaunlich sei dabei, dass sich auch im Zahnkern die klare Auftrennung von motorischen und nicht-motorischen Areale der grauen Substanz des Kleinhirns deutlich widerspiegele.

Das Wissen darum ist nicht nur für chirurgische Eingriffe oder im Falle von Verletzungen wichtig, sondern gibt uns auch weitere Hinweise über die evolutionäre Entwicklung des Gehirns. Es bestätigt, dass sich die Verbindungen innerhalb des Kleinhirns in dieser Form herausgebildet haben, um mit den Entwicklungen des Großhirns beim Übergang vom Affen zum Menschen Schritt halten zu können.

Bisher wurden Erkenntnisse zu den Faserverbindungen des Kleinhirns vor allem an Affen mithilfe invasiver Methoden gewonnen. Im Gegensatz dazu ist es den Wissenschaftlern um Steele nun erstmals gelungen, ohne äußere Eingriffe einen Teil dieser Verbindungen innerhalb des menschlichen Kleinhirns zu entschlüsseln. Sie nutzten dazu die diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (MRT) in Kombination mit der sogenannten probabilistischen Traktografie, die anhand der Diffusionsbewegungen der Wassermoleküle im Gehirn darauf schließen kann, wie die Nervenbahnen im Gehirn verlaufen.

„Mit unseren Ergebnissen hoffen wir auch, eine als Schablone für weitere Messungen zur inneren Verdrahtung des Kleinhirns und des gesamten Gehirns zu liefern“, so Alfred Anwander, Mitautor der Studie, der insbesondere die MRT-Daten in interaktive 3D-Bilder und wissenschaftliche Videosequenzen übersetzte. Beim Blick auf diese Bilder fügt Neurowissenschaftler Steele hinzu:„Bedenkt man seine Verdrahtung mit dem Großhirn und seine erstaunliche Ähnlichkeit mit einem um 90 Grad gedrehten Herz, so könnte man vom Kleinhirn auch als dem ‚Herz des Gehirns’ sprechen.“

Weitere Informationen

Video zur Verdrahtung innerhalb des Kleinhirns: Nervenbahnen zwischen grauer Substanz und Zahnkern

Interaktive Animation des Kleinhirns

Video "The Heart of the Brain"

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