Als Gehirn bezeichnet man den im Kopf von Wirbeltieren gelegenen und vom Schädel geschützten Zusammenschluss von Zellen des zentralen Nervensystems. Die vier Grundstrukturen aller Säugerhirne sind das Großhirn, das Kleinhirn, das Zwischenhirn und der Hirnstamm (Abbildung 4). In Tabelle 1 findest du die Funktionen der grundlegenden Hirnregionen zusammengefasst.
Tabelle 1: Hirnregionen von Säugern und ihre jeweiligen Hauptfunktionen.
Die Basalganglien sind subkortikale (unterhalb des Cortex liegende) Kerngebiete im Großhirnmark (Abbildung 5). Sie sind wesentlicher Bestandteil des motorischen Systems mit besonderer Bedeutung für die Planung und Umsetzung von Bewegungen sowie die Regulierung des Muskeltonus. Bewegungen, die willentlich gesteuert werden, bezeichnet man als Willkürbewegungen. Die Basalganglien umfassen:
Die Basalganglien stellen in ihrer Verarbeitungsschleife eine Verbindung zwischen dem Cortex und dem Thalamus (Zwischenhirn) her. Zur Steuerung und Modulation der Willkürmotorik sendet der Cortex Signale über die Basalganglien, die schlussendlich einen Output an den Thalamus generieren. Dieser wiederum sendet Signale an den Cortex zurück. Im Einzelnen sind die Verarbeitungsschleifen in Abbildung 6 zu sehen. Es gibt bei der Verarbeitung einen direkten bewegungsfördernden Weg und einen indirekten bewegungshemmenden Weg. Um die Verschaltung zu verstehen ist zunächst wichtig, dass das Pallidum in Ruhe spontanaktiv ist und somit ohne weitere Innervierung eine hemmende Wirkung auf den Thalamus aufweist. Durch eine kortikale Aktivierung kommt es über den direkten Weg zu einer Erregung im Striatum, welche wiederum zu einer Hemmung des Pallidums führt. Durch diese Hemmung wird die Spontanaktivität reduziert und die Hemmung auf den Thalamus lässt nach. In Folge steigt die Aktivität vom Thalamus Richtung Cortex (positives Feedback). Der indirekte Weg wirkt den motorischen Funktionen des direkten Weges tendenziell entgegen. Hier ist die Schleife über den Nucleus subthalamicus sowie das äußere Pallidum entscheidend. Zum einen erregt der Cortex auf direktem Weg den Nucleus subthalamicus, zum anderen wird die Hemmung des äußeren Pallidums auf das innere und den Nucleus subthalamicus durch die Hemmung des Striatums reduziert. Der Nucleus subthalamicus erregt in Folge das innere Pallidum, sodass insgesamt die ausgehende Hemmung des Pallidums verstärkt wird und damit der Thalamus gehemmt wird. Der Cortex sendet über beide Bahnen und die Outputs regulieren letztlich die Aktivität des motorischen Thalamus. Die direkte Bahn dient somit der Auswahl bestimmter motorischer Aktionen bzw. der Initiierung von beabsichtigten Bewegungen. Die indirekte Bahn sorgt gleichzeitig für die Unterdrückung von konkurrierenden und unangemessenen motorischen Programmen.
Die Substantia nigra wirkt mit dopaminergen (Dopamin-ausschüttenden) Nervenzellen zusätzlich auf das Striatum. Dopamin gehört zu den Neurotransmittern, die je nach Rezeptortyp erregend (D1) oder hemmend (D2) auf die postsynaptische Zelle wirken können. Über D1 fördert die Substantia nigra den direkten Weg und hemmt den indirekten Weg über D2, wodurch sie insgesamt bewegungsfördernd wirkt.
Im Verlauf der Parkinson-Erkrankung kommt es zu einer Degeneration der dopaminergen Neurone der Substantia nigra und somit zu einem Verlust der Neuronenprojektion auf das Striatum (Abbildung 7). Der Dopaminmangel führt über zwei Wege letztlich zu einem Ungleichgewicht in der Funktion der Basalganglien. Es kommt zu einer Disinhibition (fehlende Hemmung) über den direkten Weg und zu einer gesteigerten Inhibition über den indirekten Weg. Dies führt in der Summe zu einer überschießenden Hemmung des Thalamus und damit zu einer herabgesetzten thalamokortikalen Aktivierung. Diese Minderaktivierung führt wiederum zu einer Unterdrückung der Willkürmotorik. Die im Kapitel „Parkinson“ beschriebenen Symptome treten vermutlich erst auf, wenn bereits ca. 50 % der dopaminergen Neurone der Substantia nigra degeneriert sind.
