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Zerebraler Kortex: Aufbau und Funktionen


Der zerebrale Kortex bzw. cerebraler Cortex geschrieben, umfasst die beiden Hemisphären des Großhirns und wird daher auch Großhirnrinde genannt. Er vereint eine enorme Vielzahl von Nervenzellen (Neurone), welche miteinander kommunizieren und so Informationen austauschen. Hier findet das statt, was wir unter „denken“ verstehen. Der zerebrale Kortex kann daher auch als oberste Steuerungszentrale verstanden werden. Er spielt eine große Rolle bei der Frage danach, was uns zu dem macht, was wir sind.

Das Großhirn macht rund 85 Prozent des Gewichts des gesamten Gehirns aus. Es trägt seinen Namen demnach zurecht. Außerdem beinhaltet es unterschiedliche Bereiche mit verschiedenen Funktionen. Bestimmte Hirnareale sind beispielsweise mit der Verarbeitung der eingehenden Sinnesreize, der Sprache oder dem Denken beauftragt.

Ein ausgeprägter Kortex erlaubt eine höhere Denkleistung

Die Größe des zerebralen Kortex steigt mit der Entwicklungsstufe einer Spezies. Ein hoch entwickeltes Gehirn geht mit einem größeren zerebralen Kortex einher. Dieser Umstand wirkt sich darauf aus, wie Lebewesen mit ihrer Umwelt interagieren. Denn mit der Weiterentwicklung der Großhirnrinde geht auch eine steigende Anpassungsfähigkeit einher. Gleichzeitig nimmt der Einfluss der Gene auf das Verhalten ab. So haben beispielsweise Amphibien einen sehr schwach ausgeprägten zerebralen Kortex und ihr Verhalten ist stark von ihrer genetischen Programmierung abhängig.

Säugetiere hingegen haben einen höher entwickelten Kortex. Ihre Verhaltensmuster sind zwar auch genetisch veranlagt, doch sie können sich aufgrund ihrer besseren Denk- und Lernfähigkeiten an Veränderungen in ihrer Umwelt anpassen. Die technologischen Errungenschaften, Kunst und Wissenschaft sind daher Folgen der starken Ausprägung des menschlichen Kortex.

Aufbau des zerebralen Kortex

zerebraler kortex aufbau

gelb: Frontallappen, rot: Parietallappen, grün: Temporallappen, blau: Okzipitallappen
Darunter befinden sich Kleinhirn und Stammhirn

Rein äußerlich ähnelt das Gehirn einer Walnuss. Unser Denkapparat weist viele Furchen und Windungen auf, welche ihm diese nuss-ähnliche Struktur verleihen. Der zerebrale Kortex ist mit etlichen Verbindungen ausgestattet, die ihn mit weiter unten liegenden Gehirnbereichen verbinden. Der Kortex selbst ist nur eine sehr dünne Schicht, besitzt jedoch eine unglaubliche Vielzahl von Neuronen: etwa 20 bis 23 Milliarden Nervenzellen.

Damit diese Neurone untereinander kommunizieren können, müssen sie auch untereinander verbunden sein. Diese Verbindungsknoten werden Synapsen genannt. Und da ein Neuron mehrere Synapsen aufweisen kann, kommt eine beachtliche Summe zusammen. Der zerebrale Kortex beinhaltet rund 300 Billionen dieser Verbindungspunkte.

Um diese ganzen Nervenzellen zusammenzuhalten, finden sich im Gehirn die sogenannten Gliazellen. Diese erinnern in ihrer Form an Spinnen und werden ihrer Funktion entsprechend auch als Klebezellen bezeichnet. Sie schützen, und stützen die Neuronen im Nervensystem und führen ihnen benötigte Nährstoffe zu. Außerdem wird vermutet, dass Gliazellen auch eine Rolle beim Denken und Lernen spielen könnten. Gliazellen übersteigen die Anzahl der Neuronen noch einmal um das Neunfache.

Die Hirnlappen

Die Hemisphären werden jeweils in vier Lappen unterteilt mit unterschiedlichen Funktionen. Direkt hinter der Stirn befindet sich der Frontallappen (Stirnlappen). Dieser Bereich gilt als Sitz der Persönlichkeit, ist allerdings auch an der Willkürmotorik und der Sprache beteiligt. Zusätzlich können wir mit seiner Hilfe Urteile bilden und vorausplanen.

Darauf folgt der Parietal- oder Scheitellappen, welcher sensorische Signale erhält und verarbeitet. Dazu gehören etwa Informationen über Berührungen oder auch über die aktuelle Position des Körpers.

Der Okzipitallappen befindet sich in der Region des Hinterkopfes und wird daher auch Hinterhauptslappen genannt. Hier spielt sich einiges ab, was mit dem Sehen zu tun hat. Denn an dieser Stelle gehen Informationen ein, die wir über unsere Augen wahrnehmen.

Der Temporallappen sitzt genau über den Ohren und wird alternativ als Schläfenlappen bezeichnet. Dieser Bereich verarbeitet Geräusche, welche er vom gegenüberliegenden Ohr empfängt.

Kleiner Tipp: Die Namen der einzelnen Lappen kannst du dir anhand des Wortes „TOPF“ ganz gut merken, welches sich aus den Anfangsbuchstaben der Lappen zusammensetzt.

Aufgaben und Funktionen des zerebralen Kortex

aufgaben zerebraler kortex

rot=Primär-motorisches Areal, rosa=Prä/Supplementär-motorische Areale, blau=Primär-sensible Areale, hellblau=Sensible Assoziationsareale, gelb=Sehfelder, grün=Hörfelder

Sensorische Kortex

Die Großhirnrinde ist mit einem sensorischen Kortex ausgestattet. Hier gehen Informationen ein, die wir über unsere Sinnesorgane wahrnehmen. Je nach Bereich gehen Informationen über Bewegungen bestimmter Körperteile ein. Die Reize werden unter anderem über die Rezeptoren in der Haut aufgenommen und an das Gehirn weitergeleitet.

Werden diese Stellen des Gehirns stimuliert, empfindet man eine Berührung an einer Körperstelle, obwohl keine stattfand. Manche Körperregionen sind sensibler als andere. Daher werden sie auch in unterschiedlichem Maß im sensorischen Kortex repräsentiert. Die Lippen oder Fingerspitzen nehmen daher mehr Platz in Anspruch als beispielsweise der Rücken.

Es gibt auf dem Kortex unterschiedliche Bereiche, die für verschiedene Reizwahrnehmungen zuständig sind. Weiter oben hast du erfahren, dass im Okzipitallappen visuelle Reize verarbeitet werden. Das bedeutet etwa auch, dass eine Verletzung in diesem Bereich Blindheit als Folge haben kann – selbst dann, wenn deine Augen vollkommen intakt sind. Durch eine Stimulation des Okzipitallappens können wir Farben oder Lichter sehen, obwohl sich nichts dergleichen vor unseren Augen abspielt.

Ähnlich verhält es sich mit dem auditorischen Kortex im Temporallappen. Hier werden Informationen zu Geräuschen empfangen und verarbeitet. Eine Stimulation würde zu akustischen Halluzinationen führen. Du würdest also Geräusche hören, obwohl es um dich herum still ist.

Motorischer Kortex

Der motorische Kortex befindet sich im hinteren Teil des Frontallappens. Dieses Areal ist für die Steuerung der willkürlichen Bewegungen zuständig.

Bereits vor mehr als hundert Jahren fanden Forscher bei der Autopsie gelähmter oder stummer Menschen geschädigte Bereiche des Kortex vor. Das ließ darauf schließen, dass bestimmte Bereiche der Großhirnrinde für gewisse Funktionen verantwortlich waren. Doch die Annahmen waren damals noch sehr grob.

Die Ärzte Fritsch und Hitzig entdeckten anhand von Tierversuchen, dass die Stimulation bestimmter Areale des Kortex zu verschiedenen Reaktionen führte. Je nachdem, welchen Bereich sie entlang einer bogenförmigen Region des hinteren Frontallappens stimulierten, bewegten sich bestimmte Körperteile. Um eine genaue Kartierung dieser Bereiche zu ermöglichen, führten sie diese Versuche auch bei Menschen durch.

Da das Gehirn selbst keinen Schmerz empfinden kann, konnten die Patienten währenddessen wach bleiben und damit einen großen Beitrag zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn beitragen. So fand man heraus, welche Körperteile wo auf dem Kortex verortet sind.

Durch die Beobachtung der Aktivitäten des motorischen Kortex können Bewegungen vor deren Ausführung vorhergesagt werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, mittels der Gedanken Computer zu steuern. Forscher der Brown Universität implantierten Affen Elektroden im motorischen Kortex und brachten ihnen bei, mit einem Roboterarm nach Nahrung zu greifen.

Die Erkenntnisse aus solchen Forschungsarbeiten tragen dazu bei, dass querschnittsgelähmte Patienten ihren Rollstuhl oder andere Geräte steuern oder einen Roboterarm mit ihren Gedanken bewegen können. Das Implantieren von Elektroden könnte auch Patienten helfen, die nach einem Schlaganfall nicht mehr sprechen können.

So könnten nicht nur Programme bewegungsunfähigen Menschen wieder mehr Autonomie ermöglichen, sondern auch Menschen mittels eines Sprachgenerators wieder eine Stimme verleihen. Dafür sollte aufgezeichnet werden, welche Neuronen aktiv sind, wenn die Personen an ein bestimmtes Wort denken. Diese Informationen werden in einer Datenbank abgespeichert, auf welche der Sprachgenerator zurückgreifen kann. Der Patient denkt dann nur noch ein an Wort, dass er sagen möchte und der Sprachgenerator spricht es aus.

Assoziationsfelder

Sowohl die motorischen als auch sensorischen Kortizes machen nur rund ein Viertel des gesamten Kortex aus. Der restliche Bereich besteht aus Assoziationsfeldern. Dabei handelt es sich um die Bereiche des Kortex, die nicht hauptsächlich für die sensorischen oder motorischen Funktionen verantwortlich sind. Ihnen werden die höheren geistigen Funktionen zugeschrieben. Sie sind demnach zuständig für das Denken, Lernen, Sprechen und Erinnern.

Anders als bei den sensorischen und motorischen Arealen kommt es bei einer Stimulation dieser Felder nicht zu einer beobachtbaren Reaktion. Hieraus ergab sich auch das hartnäckige Gerücht, dass der Mensch nur 10 Prozent seines Gehirns nutzen würde. Der restliche Prozentanteil ist allerdings alles andere als passiv. Denn die Assoziationsfelder sammeln nicht nur die Informationen aus den sensorischen Arealen, sondern interpretieren diese auch und verknüpfen sie mit Erinnerungen. Ein Großteil unserer Denkprozesse findet also über diese Assoziationsfelder statt, welche sich in allen vier Lappen befinden.

Die Assoziationsfelder im Frontallappen sind unter anderem für Planungsprozesse zuständig. Das erkennt man daran, dass Verletzungen in diesem Bereich sich zwar nicht auf andere Fähigkeiten auswirken. Intelligenz, Gedächtnis und andere Fähigkeiten bleiben intakt, während das Planen von etwa zeitlichen Abläufen nicht mehr funktioniert.

Weiter oben war bereits die Rede vom Frontallappen als „Sitz der Persönlichkeit“. Die Rolle dieses Gehirnareals hierbei zeigt das klassische Fallbeispiel des Phineas Gage sehr eindrücklich. Bei einem Arbeitsunfall schoss ihm eine Eisenstange durch den Kopf. Die Stange trat unterhalb des linken Auges ein und oben an der Schädeldecke wieder aus. Erstaunlicherweise überlebte Gage den Vorfall nicht nur, sondern blieb währenddessen sogar bei Bewusstsein und konnte noch sprechen.

Allerdings nahm sein Frontallappen erheblichen Schaden, was sich in einem Wandel seiner Persönlichkeit äußerte. Zwar hatte der Unfall weder auf sein Gedächtnis noch auf seine Intelligenz eine Auswirkung, doch der zuvor freundliche und gewissenhafte Mann verwandelte sich in einen aggressiven und respektlosen Menschen. Zu erklären ist Gages Persönlichkeitsveränderungen zum Teil damit, dass der Frontallappen als Impulskontrolle fungiert. Nicht nur Gage, sondern auch andere Menschen mit Verletzungen des Frontallappens zeigen weniger Hemmungen und auch ihre Moralvorstellungen scheinen häufig betroffen zu sein.

Die Assoziationsfelder des Parietallappens hängen mit rechnerischem und räumlichem Denken zusammen. Des Weiteren glauben wir bei der Stimulation dieses Bereichs, bestimmte Teile unseres Körpers zu bewegen – obwohl wir die Bewegung nicht wirklich durchführen. Andersherum verhält es sich, wenn bestimmte Teile des Frontallappens stimuliert werden. Dann führen wir zwar Bewegungen aus, sind uns dessen aber nicht bewusst. Das zeigt, dass wie Wahrnehmung von Bewegungen nicht von der tatsächlichen Bewegung abhängt, sondern eher von der Absicht dahinter.

Probleme beim Erkennen von Gesichtern sind die mögliche Folge einer Verletzung des unteren rechten Temporallappens. Allerdings ist nicht exakt zu lokalisieren, welche Areale genau für welche Assoziationen oder Erfahrungen zuständig sind. Vielmehr handelt es sich um ein Netzwerk, an dem unterschiedliche Bereiche beteiligt sind.

Die Plastizität des Gehirns

Unser Gehirn ist anpassungsfähig und nicht statisch. Der genetische Bauplan gibt zwar vor, in welche Bereiche sich unser Gehirn unterteilt. Doch die „Feinmodellierung“ ist von unseren Erfahrungen abhängig. Hier ist die Rede von der Plastizität. Unsere Kindheitserfahrungen formen bereits einen Großteil der Verbindungen in unserem Gehirn. Doch auch nach Verletzungen kann es zu einer neuen Organisation im Gehirn kommen oder auch einfach im Zuge des Lernens.

Auf den ersten Blick steht es nach einer Verletzung nicht sonderlich gut um unser Gehirn: Die meisten Neuronen werden nicht erneuert und die Funktion bestimmter Areale ist genetisch festgelegt. Allerdings können sich dennoch bestimmte Neuronen von Verletzungen erholen. Ziel der einschränkungsinduzierten Therapie ist die neue Verdrahtung des Gehirns. Patienten sollen lernen, die funktionseingeschränkten Gliedmaßen wieder zu benutzen. So wird beispielsweise der intakte Arm eines Schlaganfallpatienten bewegungsunfähig gemacht, während der Patient mit dem funktionsunfähigen Arm motorische Aufgaben erledigen soll. Im Laufe der Zeit kompensieren andere Hirnareale die Aufgaben des durch den Schlaganfall geschädigten Bereichs des Gehirns.

Dass sich Lernerfahrungen auf die Ausprägung einzelner Hirnareale auswirken, zeigt auch das Gehirn blinder Menschen. Durch das Lesen von Blindenschrift prägt sich die Region des sensorischen Kortex stärker aus, die für den Tastsinn der Finger zuständig ist. Auch der visuelle Kortex wird unter anderem mit Informationen der Rezeptoren des Tastsinns versorgt. Zwar kann er sich nicht mit visuellen Reizen befassen, da diese ausbleiben. Doch ist er dennoch nicht passiv und beteiligt sich an der Verarbeitung von Berührungsinformationen.

Bei der Ausbildung neuer Neuronen ist von der Neurogenese die Rede. Damit versucht das Gehirn, sich selbst zu reparieren. Dabei entstehen neue Neuronen im Inneren des Gehirns und wandern an andere Stellen. In Folge dessen verbinden sie sich mit vorhandenen Neuronen und bilden auf die Weise wieder neue Synapsen aus.

Zusammenfassung

  • Das Großhirn ist mit einer Schicht umgeben, die als zerebraler Kortex bezeichnet wird. Hier befinden sich mehrere Milliarden Neuronen, noch weit mehr Gliazellen und mehrere Billionen Synapsen.
  • Diese ermöglichen uns die sensorische Wahrnehmung, das Ausführen von willkürlichen Bewegungen und höhere geistige Prozesse. Damit sind beispielsweise die Sprache, das Denken und das Erinnern gemeint.
  • Je größer der zerebrale Kortex, desto höher entwickelt sind die Lern- und Denkfähigkeiten eines Lebewesens. Und desto mehr ist ihr Verhalten von Erfahrungen abhängig. Genetisch vorprogrammierte Verhaltensweisen treten in den Hintergrund.
  • Jede Hemisphäre des Kortex ist mit vier Lappen ausgestattet: Frontal-, Parietal-, Okzipital- und Temporallappen. Sie sind unter anderem an den sensorischen und motorischen Funktionen des Gehirns beteiligt.
  • Allerdings besteht die Großhirnrinde zu noch einem weit größeren Teil aus Assoziationsfeldern. Diese nehmen mehr Fläche ein als die sensorischen und motorischen Areale.
  • Ihre Funktion besteht unter anderem im Integrieren von Informationen und dem Verknüpfen dieser mit Erinnerungen.
  • Das Gehirn ist anpassungsfähig und kann sich nach Verletzungen zum Teil regenerieren.
  • Der Grund dafür ist seine Plastizität. Gesunde Gehirnbereiche können Funktionen von geschädigten Arealen kompensieren. Werden neue Neurone gebildet, findet eine Neurogenese statt.

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Über den Autor:

Mein Name ist Mathias Mücke und ich bin Autor und Inhaber von ScioDoo.

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Also bis später vielleicht.

LG Mathias Mücke


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