Der Cortex

Autor: Ulrich Pontes

Dieses Bild vom Gehirn hat auch jeder Nicht-Anatom im Kopf: ein helmförmiges Gebilde, die Oberfläche von Windungen und Furchen durchzogen. Dieser äußerste Teil des Gehirns – geschützt vom Schädelknochen und der darunterliegenden Hirnhaut – ist der Cortex cerebri, die Großhirnrinde. Meist ist abkürzend einfach vom Cortex die Rede, das lateinische Wort für „Rinde“.

Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Karl Zilles

Veröffentlicht: 03.09.2011

Niveau: mittel

Das Wichtigste in Kürze

Die Rinde des Gehirns – der Cortex – bedeckt fast das ganze von außen sichtbare Gehirn. Sie ist stark gefaltet und durchzogen von zahlreichen Furchen, wodurch voneinander abgrenzbare Bereiche entstehen – jede der beiden Großhirnhälften verfügt zum Beispiel über vier von außen sichtbare Lappen, die Lobi. Neunzig Prozent des Cortex bestehen aus dem entwicklungsgeschichtlich jungen Neocortex, der überall aus sechs Zellschichten besteht. Der entwicklungsgeschichtlich ältere Paleocortex unterscheidet sich vom Neocortex durch seinen zytologischen Aufbau.

Das Großhirn mit seinen zwei Hälften – den Hemisphären – und dem sie verbindenden so genannten Balken (Corpus callosum ist der entwicklungsgeschichtlich jüngste Teil des Gehirns. Und der größte: Das Großhirn stellt 85 Prozent der Gehirnmasse. Zieht man das innen liegende, vor allem aus Nervenfasern bestehende Großhirnmark mit den darin eingebetteten Basalganglien ab, bleibt eben der Cortex – eine Schicht von zwei bis fünf Millimetern Dicke. Diese Schicht bezeichnet man auch als graue Substanz, weil sie reich an Nervenzellkörpern ist, die ihr eine rotbraune bis graue Farbe geben. Man hat die Anzahl der Nervenzellen (Neurone) in der Großhirnrinde mit ca. 23 Milliarden im männlichen und ca. 19 Milliarden im weiblichen Gehirn bestimmt – wobei zu beachten ist, dass der durchschnittliche männliche Körper auch größer ist als der weibliche.

Die Großhirnrinde allein nimmt knapp die Hälfte des Hirnvolumens ein. Möglich wird dies durch Windungen, die man Gyri nennt, und tiefe Furchen, die als Sulci oder Fissurae bezeichnet werden. Ähnlich wie beim zusammengeknüllten Geschirrtuch in einem Glas entsteht so viel Oberfläche auf kleinem Raum – ein Trick der Evolution, um trotz des begrenzten Schädelvolumens genug Platz für die vielfältigen Aufgaben des Cortex zu schaffen. Das Schädelvolumen seinerseits muss minimiert werden, da aufgrund der Weite der weiblichen Geburtswege nur ein beschränkter Raum zur Verfügung steht.

Im Cortex entsteht aus den Signalen der Sinnesorgane und vorgeschalteten Hirnregionen ein zusammenhängender Eindruck der Umwelt. Zudem kann er Informationen speichern, ist also biologische Grundlage unseres Gedächtnisses. Verstand, zielgerichtete Handlungen, Gefühlsleben – kurz: Alles, was an psychischen Leistungen und Erkenntnisprozessen im Menschen stattfindet, ist ohne Hirnrinde nicht möglich.

Die Struktur von Intelligenz und Bewusstsein

Die typische Struktur des Cortex hat sich in der Stammesgeschichte der Säugetiere langsam entwickelt. Zunächst entstand der für Geruchswahrnehmung zuständige Teil – er heißt daher Palaeocortex, also alter Cortex. Ebenfalls sehr früh entstand der so genannte Archicortex, der oft zum limbischen System gezählt wird. Beim Menschen umfasst er Hirnrindenteile, die für emotionale Reaktionen zuständig sind, das Verhalten für Arterhaltung und Fortpflanzung. Dazu kommt der Hippocampus, der für das Gedächtnis wichtig ist.

Diese „alten“ Areale machen aber nur ein Zehntel der Großhirnrinde aus. Die übrigen 90 Prozent werden als Neocortex bezeichnet. Mit zunehmender Höherentwicklung der Sinne – wozu bei den Säugetieren auch die Sinnesorgane der gesamten Haut, Schleimhaut und Muskulatur sowie die Netzhaut des Auges, die Geschmacksorgane und das Innenohr mit Hör– und Gleichgewichtssystem zählen – wurde auch der Neocortex immer komplexer. Zusätzlich umfasst er Areale, die unsere gezielten Bewegungen steuern. Den größten Teil bilden allerdings Hirnrindengebiete, welche die Informationen aus den vielen Sinnessystemen zu einem umfassenden Bild der Welt zusammenfügen und unsere Aufmerksamkeit und Aktivität regeln. Man bezeichnet diese Teile als Assoziationscortex.

Betrachtet man Schnitte durch diese „neue“ Rinde unter dem Mikroskop, so wird überall ein sehr ähnlicher Aufbau sichtbar: Es zeigen sich sechs Zellschichten, für die jeweils verschiedene Arten und Anordnungen von Neuronen charakteristisch sind. Es gibt allerdings regionale Varianten, die jeweils typisch für bestimmte Hirnrindenregionen sind. Die älteren Teile der Hirnrinde haben dagegen weniger oder mehr als sechs Schichten. Diese zelluläre Organisation des Cortex wird als Zytoarchitektonik bezeichnet.

Um von der Oberfläche des Cortex eine Landkarte der funktionell und zytoarchitektonisch unterschiedlichen Regionen zu zeichnen, bieten sich die tiefen Furchen als Unterteilung an. So kann man zunächst vier Lappen unterscheiden: vorne den Stirn– oder Frontallappen, oben den Scheitel– oder Parietallappen, seitlich den Schläfenlappen, auch Temporallappen genannt. Hinten befindet sich der Hinterkopf– oder Okzipitallappen. Seitlich, aber völlig nach innen gefaltet und damit nicht von der Oberfläche her sichtbar, findet man außerdem den Insellappen. Will man die Landkarte verfeinern, kann man zusätzlich die einzelnen Windungen heranziehen.

Eine wesentlich präzisere Aufteilung der Hirnrinde geht auf gut hundert Jahre alte Untersuchungen der deutschen Neurologen Korbinian Brodmann und Cecile und Oskar Vogt zurück. Anhand der feinen Unterschiede im zellulären Aufbau wurden von Brodmann 43 verschiedene Rindenfelder beim Menschen identifiziert. Sie sind noch heute als Brodmann-Areale bekannt. Interessanterweise scheint der alte Gestaltungsgrundsatz „form follows function“ – die Form folgt der Funktion – zu gelten: Obwohl rein nach ihrer zellulären Anatomie eingeteilt, lassen sich den Brodmann-Arealen doch bestimmte Funktionen zuordnen.

Empfohlene Artikel

Der Vermis

Beim Gehen ist der Wurm drin. Tatsächlich. Ein Kleinhirnwurm mit Zunge, Pyramide und manchem mehr.

Verarbeitungsprozesse im Cortex

Ob wir etwas hören, sehen oder auf andere Art bewusst wahrnehmen: Die Signale aus den verschiedenen Sinnesorganen landen im Cortex. Doch wie genau funktioniert das? Eingehende Signale werden von Nervenzellen im Thalamus umgeschaltet und an unterschiedliche Regionen im Cortex weitergeleitet, die den entsprechenden Funktionen zugeordnet sind.

Im Falle des Sehens etwa wird die primäre Sehrinde im Okzipitallappen aktiv. Sie verarbeitet die Information und leitet sie an visuelle Rindenregionen weiter, die komplexe Leistungen wie die Wiedererkennung von Gegenständen oder Gesichtern ermöglichen. Primäre somatosensorische Felder nehmen die Sinnesinformation über Berührung, Vibration, Druck, Dehnung oder Schmerz auf, verarbeiten sie und leiten sie an „höhere“ Rindenfelder weiter, wo dann zum Beispiel aus der Berührung eines Gegenstandes eine Vorstellung über dessen Form entsteht. Analoges gilt für das Hören: Aus der Wahrnehmung von unterschiedlichen Frequenzen in der primären Hörrinde kann die Wahrnehmung einer Melodie in „höheren“ Rindenfeldern entstehen.

Wie die sensorischen Zentren für Sinneseindrücke zuständig sind, gibt es für die Steuerung von Bewegungen die motorischen Zentren. Dort lassen sich bestimmten Körperteilen, sogar einzelnen Muskelgruppen und Bewegungen, Areale zuordnen – etwa der rechten Hand ein Bereich im linken Frontallappen. Leitungssysteme sorgen für die Verbindung mit den tiefer gelegenen Teilen des Gehirns und letztlich mit dem jeweiligen Körperteil.

Bedeutung der Großhirnrinde

Aus den vielfältigen Funktionen der Großhirnrinde ergeben sich die möglichen Folgen örtlicher Verletzungen und Ausfälle. Ist das primäre Sehzentrum betroffen, besteht Blindheit trotz funktionierender Augen; fallen bestimmte „höhere“ Rindenfelder aus, sieht der Mensch zwar, erkennt aber je nach Lokalisation der Störung nicht Gesichter, Farben oder Bewegungen. Bei einer Schädigung des hinteren Drittels der unteren Windung im Frontallappen, dem Broca-Zentrum, wird die Fähigkeit zu sprechen geschädigt, nicht aber das Sprachverständnis. Und Läsionen im vorderen Teil des Frontallappens führen zu Persönlichkeitsveränderung und Verminderung der intellektuellen Fähigkeiten.

Den einzelnen Funktionen lassen sich also Areale des Cortex zuordnen – die allerdings niemals losgelöst und allein für sich aktiv werden, sondern in komplexer Weise mit anderen Arealen und anderen Teilen des Gehirns verdrahtet sind. Wir sollten daher nicht von einzelnen Zentren sprechen, sondern von Knoten in einem komplexen neuronalen Netz.

Auf der anderen Seite: Ob es darum geht, einen Text wie diesen zu entziffern und zu verstehen, oder um andere höhere mentale Funktionen: Zuständig ist der Cortex, die äußerste Schicht unserer zwei Großhirnhälften. Hier werden Sinneseindrücke verarbeitet, Informationen gespeichert, hier denken wir nach und entwickeln Pläné, hier steuert unser Gehirn Handlungen wie Gehen, Sprechen oder Schreiben, hier entsteht unser Bewusstsein. Wie das alles genau vonstattengeht, ist Gegenstand intensiver Forschung.