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Der Epithalamus

Der Epithalamus mit der Zirbeldrüse hat schon die Fantasie von Philosophen beflügelt. Auch heute noch gibt dieser Teil des Zwischenhirns den Neurowissenschaftlern Rätsel auf. Dabei besteht er hauptsächlich aus zwei Zügeln und einem Zapfen.

Fast versteckt an der hinteren Wand des dritten Ventrikels befindet  sich der Epithalamus. Er sitzt dem viel größeren Thalamus von hinten auf, und so erklärt sich auch sein Name: Die griechische Vorsilbe „epi“ bedeutet „auf“. Zum Epithalamus zählen die eindrucksvollen Habenulae – zu Deutsch die „Zügel“ – zwei Gehirnmassestränge, die sich schwungvoll in der Mitte, bei der unpaaren Epiphyse, der Zirbeldrüse, vereinen. Rückseitig betrachtet erinnert die Struktur tatsächlich an die Zügel eines Pferdegeschirrs, die an den beiden Seiten einer Trense festgemacht sind.

Noch drei weitere Strukturen werden zum Epithalamus gezählt. Zum einen setzen sich die Habenulae in die Striae medullares fort, weißen Markstreifen, die quer über den Thalamus ziehen und diesen mit der Epiphyse verbinden. Weiterhin rechnet man die Commissura posterior, auch als Commissura epithalamica bezeichnet, zum Epithalamus sowie die Area pretectalis. Kommissurfasern kreuzen stets von einer Gehirnhälfte zur anderen und im Fall der Commissura posterior, der hinteren Kommissur, kreuzen unter anderem Fasern der Vierhügelplatte und des Tegmentums im Mittelhirn die Seiten. Von der Funktion her gehören allerdings sowohl die hintere Kommissur als auch die Area pretectalis zum visuellen System: beim Pupillenreflex, wenn sich zum Beispiel bei Dunkelheit die Pupillen weit stellen oder bei plötzlichem Lichteinfall verengen, dann ist die Area pretectalis am Werk.

Das Wichtigste in Kürze

Der Epithalamus beeinflusst über die Zirbeldrüse und ihr Hormon Melatonin den Schlaf-Wach-Rhythmus. Seine Habenulae, Zügel, verknüpfen – so steht es in den Lehrbüchern – Riechhirn und Hirnstamm miteinander und bewirken, dass uns bei wohlriechenden Speisen das Wasser im Mund zusammenläuft. Womöglich spielen sie jedoch eine wichtige Rolle bei motorischen Prozessen, abhängig von Belohnung, Schmerz und Stress.

Neue Aufgaben für die Habenula

„ ... die Nuclei habenulares ... bilden vermutlich eine Schaltstation zwischen Riechhirn und Hirnstamm“ – so steht es auch in allen Lehrbüchern. Doch womöglich müssen diese umgeschrieben werden, denn jüngere Erkenntnisse lassen vermuten, dass die Zügelkerne gar keine olfaktorischen Informationen bekommen.

Dafür tun sich andere Aufgaben für die Habenula auf: So scheint sie Eingänge von der Epiphyse zu erhalten und entsprechend der Helligkeit motorische Prozesse im Hirnstamm zu hemmen. Aus den Basalganglien gelangen Informationen über Fehler und Bestrafung zur Habenula, die dann mit dem ventralen Tegmentum und der Substantia nigra Strukturen des dopaminergen Systems beeinflusst – und in dieser Funktion ebenfalls die Motorik hemmt. Zum selben Ergebnis führen auch Informationen über Schmerz und Stress aus dem limbischen System, wobei von Habenula dann zusätzlich zu den dopaminergen Kernen auch die Raphe-Kerne und damit die Serotoninproduktion beeinflusst werden.

Melatonin - das Schlafhormon

Das Hormon Melatonin aus der Zirbeldrüse steuert den Schlaf-Wach-Rhythmus: Es dockt an Rezeptoren des Nucleus suprachiasmaticus im Hypothalamus - quasi der inneren Uhr des Menschen, und kurbelt den Schlaf an. Die Zirbeldrüse produziert Melatonin nur bei Dunkelheit, also nachts, und wirkt sozusagen als Zeitgeber im Körper. Es heißt, ältere Menschen schütteten weniger Melatonin aus und benötigten daher weniger Schlaf. Das Hormon spielt auch eine Rolle bei der Entstehung von Jetlag bei Fernreisen und bei körperlichen Problemen durch Schichtarbeit.

Außerdem beeinflusst Melatonin die Keimdrüsen, indem es verhindert, dass die Hypophyse gonadotrope, also keimdrüsenstimulierende, Hormone ausschüttet, darunter das Follikelstimulierende Hormon und das Luteinisierende Hormon. Fällt die Zirbeldrüse bei Kindern aus, kann das eine frühzeitige Pubertät zur Folge haben.
Bei Amphibien führt Melatonin zu einer Depigmentierung der Haut.

Melatoninhaltige Medikamente sollen beispielsweise gegen den Jetlag wirken, den Schlaf fördern oder freie Radikale abfangen und so Krebs vorbeugen. Viele dieser Wirkungen sind jedoch nicht bewiesen. Die europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) befand im Jahr 2010, dass die Behauptung „Melatonin trägt zur Linderung des subjektiven Jetlag-Gefühls bei“ wissenschaftlich gerechtfertigt sei, es aber nicht genug Belege dafür gebe, dass die Einnahme melatoninhaltiger Mittel die Schlafqualität verbessere oder die Einschlafzeit verkürze.

Struktur und Aufbau

Obwohl ihre Form dies vermuten ließe, ist die Habenula kein Faserstrang, sondern vielmehr eine Ansammlung von Kerngebieten. Anders die Striae medullares – sie bringen Fasern aus den Septumkernen des limbischen Systems, von den Nuclei preoptici und vom Mandelkernkomplex. Diese Fasern laufen in die Zügel aus. Am Übergang zwischen beidem liegen die Nuclei habenulares, die Zügelkerne. Sie bilden vermutlich eine Schaltstation zwischen Riechhirn und Hirnstamm, denn von ihnen laufen Fasern zur Formatio reticularis, dem vegetativen Steuerzentrum. Vermutlich sind sie daran beteiligt, dass uns das Wasser im Mund zusammenläuft, wenn das Essen im Kochtopf lecker riecht, und dass unser Körper dann vermehrt Magensaft produziert. Ihre Signale erreichen auch motorische Hirnnervenkerne. Sie ermuntern darüber zum Kauen.

Der für Neurowissenschaftler und auch Laien sicher spannendste Teil des Epithalamus ist die Epiphyse, die Zirbeldrüse. Zumindest vom Namen her war sie bereits in der Zeit vor Christi Geburt bekannt; damals und auch später rankten sich alle möglichen Theorien um das nicht einmal ein Zentimeter große Organ: Man nahm beispielsweise an, die Zirbeldrüse wäre eine Art Ventil für Gedanken und Erinnerungen. Die Drüse liegt oberhalb der Vierhügelplatte, wölbt sich quasi aus dem dritten Ventrikel heraus und hat die Form eines Pinienzapfens. Daher kommt auch ihr lateinischer Name: Glandula pinealis, Piniendrüse. Die Epiphyse ist zu einem großen Teil von innerer Hirnhaut überzogen, welche Blutgefäße an die Drüse heranführt. Sie ist hauptsächlich aus mehreckigen Pinealozyten aufgebaut, so heißen die hormonproduzierenden Zellen des Drüsengewebes. Bindegewebe segmentiert das Gewebe in viele Bläschen, unter dem Mikroskop sieht das im Querschnitt aus wie Bienenwaben. Außerdem enthält die Zirbeldrüse Gliazellen als Stützzellen und Nervenfasern.

Funktion der Epiphyse

„Es gibt eine kleine Drüse im Gehirn, in der die Seele ihre Funktion spezieller ausübt als in jedem anderen Teil des Körpers“, schrieb im 17. Jahrhundert der Philosoph René Descartes über die Zirbeldrüse. Er glaubte, dass sich in diesem Organ Leib und Seele vereinen - eine Vorstellung, welche die Realität zwar verfehlt, aber dennoch gut zur äußeren Struktur der Drüse mit den beiden in ihr verschmelzenden Zügeln passt. Heutzutage weiß man: Die Zirbeldrüse produziert das Hormon Melatonin (siehe Detail on Demand) und schüttet es ins Blut aus. Allerdings macht sie das nur nachts. Tageslicht hemmt die Enzyme, die aus Serotonin in zwei Schritten Melatonin produzieren.

Ursprünglich war die Zirbeldrüse nicht nur endokrines Organ, sondern auch Sinnesorgan mit Photorezeptorzellen. Diese haben sich im Laufe der Evolution aber zurückgebildet. Tatsächlich besitzen einige Amphibien und Reptilien, beispielsweise die neuseeländische Brückenechse, oft als lebendes Fossil bezeichnet, ein drittes Auge unter der Haut ihrer Schädeldecke, das Scheitelauge, durch das Licht ins Gehirn fallen kann. Damit können die Tiere besonders gut Hell-Dunkel-Unterschiede wahrnehmen. Bei Säugetieren ist die Schädeldecke aber so dick, dass die Zirbeldrüse ihre Photorezeptorzellen nicht mehr benötigt. Trotzdem empfängt sie Lichtsignale, nämlich über weitläufige Nervenbahnen, die von der Netzhaut über den Hypothalamus ins Rückenmark ziehen und über das Ganglion cervicale superius, den Halssympathikus, die Epiphyse erreichen. Das sind auch die einzigen Faserzugänge des Organs bei Säugern.

Die Zirbeldrüse nimmt über Melatonin an der Regulation des Tag- und Nachtrhythmuses teil und beeinflusst, neben einer Vielzahl anderer innerer Organe, auch die Keimdrüsen (siehe dazu den Kasten). Neben Melatonin gibt die Epiphyse noch andere Verbindungen, Neuropeptide, ins Blut ab, deren Wirkungen bisher unbekannt sind. Selbst über die Funktion des Melatonins gibt es stets neue Erkenntnisse. Die Zirbeldrüse ist demnach auch heutzutage ein spannendes Forschungsfeld für die Neurowissenschaftler.

Bereits vor dem 20. Lebensjahr, also in recht jungem Alter, beginnt die Epiphyse zu verkalken. Stützzellen vermehren sich verstärkt, eigentliches Drüsengewebe geht unter und es bilden sich Zysten, in die sich Calcium- und Magnesiumsalze einlagern. Das Phänomen nennt der Arzt Hirnsand, Acervulus. Im Röntgenbild sind die Kalkablagerungen gut zu sehen. Aber seine Bedeutung ist bisher unklar.

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Infos zum Beitrag
Datum:
28.08.2011
Wissenschaftliche Betreuung:
Prof. Dr. Jochen F. Staiger
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