Hirnstamm: Der verborgene Dirigent der Gehirnfunktion

Neue Forschung enthüllt, wie diese uralte Hirnstruktur komplexe kognitive Prozesse orchestriert

Author

Christian
November 11, 2024

Der Hirnstamm, oft überschattet von seinen berühmteren kortikalen Gegenstücken, erweist sich als entscheidender Akteur bei der Orchestrierung komplexer Gehirnfunktionen. Eine bahnbrechende Studie, die in Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, hat komplizierte Verbindungen zwischen dem Hirnstamm und der Großhirnrinde aufgedeckt und beleuchtet, wie diese primitive Hirnregion alles von unseren Gedanken bis zu unseren Emotionen beeinflusst.

„Der Hirnstamm ist eine grundlegende Komponente des zentralen Nervensystems, wird jedoch typischerweise von In-vivo-Kartierungsbemühungen des menschlichen Gehirns ausgeschlossen, was ein vollständiges Verständnis darüber verhindert, wie der Hirnstamm die kortikale Funktion beeinflusst,“ erklärt die leitende Forscherin Dr. Justine Hansen von der McGill University.

Unter Verwendung modernster 7-Tesla-Magnetresonanztomographie (MRT) erstellten Hansen und ihre Kollegen die erste umfassende Karte der funktionellen Verbindungen zwischen 58 Hirnstammkernen und der Großhirnrinde bei lebenden menschlichen Teilnehmern. Diese hochauflösende Bildgebung ermöglichte es dem Team, mit beispielloser Detailgenauigkeit in den Hirnstamm zu blicken.

Wichtigste Erkenntnisse:

1. Hirnstamm-Knotenpunkte: Die Studie identifizierte mehrere Hirnstammkerne, die als integrative Knotenpunkte fungieren und weitreichende Verbindungen zu verschiedenen kortikalen Regionen aufweisen. Dazu gehören Bereiche im Mittelhirn wie die mesenzephale retikuläre Formation und das periaquäduktale Grau sowie pontine Strukturen wie der laterodorsale tegmentale Kern.

2. Neurotransmitter-Einfluss: Die Forscher fanden heraus, dass die Verbindungsmuster zwischen Hirnstamm und Kortex mit der Verteilung mehrerer Neurotransmitter-Rezeptoren und -Transporter übereinstimmen. Dies deutet darauf hin, dass Hirnstammkerne eine entscheidende Rolle bei der Modulation der kortikalen Aktivität durch verschiedene chemische Signalwege spielen.

3. Kognitive Verbindungen: Vielleicht am überraschendsten war die Entdeckung, dass Hirnstammkerne distinkte Gemeinschaften bilden, die spezifischen kognitiven Funktionen entsprechen. Eine Gemeinschaft von Kernen war zum Beispiel stark mit Gedächtnis und sozialer Kognition assoziiert, während eine andere mit Emotionsregulation und Erregung in Verbindung gebracht wurde.

„Wir identifizierten eine kompakte Gruppe integrativer Knotenpunkte im Hirnstamm mit weitreichender Konnektivität zur Großhirnrinde,“ sagt Hansen. „Verbindungsmuster zwischen Hirnstamm und Großhirnrinde manifestieren sich als neurophysiologische oszillatorische Rhythmen, Muster kognitiver funktioneller Spezialisierung und die unimodal-transmodale funktionelle Hierarchie.“

Diese Erkenntnisse stellen die traditionelle Sichtweise des Hirnstamms als bloße Relaisstation für grundlegende Funktionen wie Atmung und Herzfrequenz in Frage. Stattdessen scheint er eine nuancierte Rolle bei der Gestaltung höherer kognitiver Prozesse zu spielen.

Dr. James Shine, ein Co-Autor von der University of Sydney, weist auf die potenziellen klinischen Implikationen hin:

„Das Verständnis darüber, wie der Hirnstamm mit dem Kortex interagiert, könnte neue Einblicke in neurologische und psychiatrische Störungen liefern. Viele dieser Erkrankungen beinhalten Störungen in genau den Neurotransmittersystemen und kognitiven Funktionen, die wir mit spezifischen Hirnstamm-Kortex-Verbindungen in Verbindung gebracht haben.“

Das Forscherteam hofft, dass ihre Arbeit eine neue Welle von Studien inspirieren wird, die die Rolle des Hirnstamms in Kognition und Verhalten untersuchen. Während wir weiterhin die Komplexitäten dieser uralten Hirnstruktur entschlüsseln, könnten wir wertvolle Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns als Ganzes gewinnen – und möglicherweise neue therapeutische Ansätze für eine Reihe von neurologischen Erkrankungen entwickeln.

Während noch vieles zu entdecken bleibt, ist eines klar: Es ist an der Zeit, dem Hirnstamm die gebührende Anerkennung als kritischer Dirigent in der Symphonie der Gehirnfunktion zu zollen.

Quelle

Justine Y. Hansen et al, Integrating brainstem and cortical functional architectures, Nature Neuroscience (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01787-0.