Komplexe Faltung verbirgt eine Fläche von fast 80 Prozent des Kleinhirns Kleinhirn ist größer als erwartet – Scinexx

Versteckter Riese: Unser Kleinhirn hat nur ein Achtel des Volumens unserer Kortikalis, aber fast 80 Prozent seiner Oberfläche, wie eine Studie jetzt zeigt. Das Kleinhirn ist daher viel größer als bisher angenommen. Wenn Sie es vollständig aufklappen, ist es einen Meter lang und zehn Zentimeter breit. Gleichzeitig ermöglicht die virtuelle Entfaltung des Kleinhirns erstmals eine genauere Abbildung seiner Funktionen.

Unser Kleinhirn war lange Zeit nur das Zentrum der Bewegungskontrolle. Jetzt ist jedoch klar, dass diese runde, stark gerillte Struktur auf der Rückseite der Schädelbasis auch für fast alle höheren Gehirnfunktionen gilt ist involviert – von der Aufmerksamkeit über Entscheidungsprozesse bis hin zur Planung von Maßnahmen. Darüber hinaus wertet das Kleinhirn kontinuierlich Signale von unseren Sinnen aus – und das auf überraschende Weise effektiver Weg.

Erste virtuelle Entwicklung der Kleinhirnrinde

Jetzt wartet das Kleinhirn auf eine neue Überraschung: Es ist viel größer als bisher angenommen. Das Volumen ist seit langem bekannt – es macht etwa ein Achtel des Volumens unserer Großhirnrinde aus. Die extrem kompakte Falte der dünnen Rinde machte es jedoch schwierig, die innere Struktur aufzulösen.

„Im Gegensatz zur menschlichen Hirnrinde wurde die Oberfläche des Kleinhirns nie auf das Niveau kleiner Falten rekonstruiert“, erklärt Martin Sereno vom University College London und sein Team. „Da die einzelnen Falten normalerweise nur wenige Millimeter groß und nahe beieinander liegen, ist es schwierig, sie zu lösen.“

Mit Hilfe eines besonders leistungsstarken Magnetresonanztomographen, der ein 9,4-Tesla-Magnetfeld und eine spezielle Auswertesoftware erzeugt, ist es den Forschern nun erstmals gelungen, die Feinstruktur des Kleinhirns zu entschlüsseln.

Ein Meter langer Stoffstreifen

Das überraschende Ergebnis: Wenn das Kleinhirn fast entfaltet und geglättet ist, hat die Kortikalis eine Fläche von 1590 Quadratzentimetern. „Dies bedeutet, dass die Oberfläche des Kleinhirns fast so groß ist wie der gesamte Neokortex“, sagen die Forscher. Insbesondere entspricht die Fläche des Kleinhirns etwa 78 Prozent der kortikalen Fläche. Wenn Sie es entfalten, erhalten Sie einen zehn Zentimeter breiten, aber fast einen Meter langen Streifen Hirngewebe.

Die virtuelle Entfaltung zeigte auch, wie komplex die Kleinhirnrinde verdreht und strukturiert ist: Falten von der Mittellinie des Kleinhirns teilen sich weiter und verschmelzen dann am Rand wieder miteinander. Einige kaum gefaltete Lappen des Kleinhirns erstrecken sich wiederum über die Mittellinie hinaus zur gegenüberliegenden Seite, wo sie in Falten passen.

Wachstum im Laufe der menschlichen Entwicklung

Interessant ist auch: Das menschliche Kleinhirn ist erheblich gewachsen und im Laufe seiner Entwicklung komplexer geworden. Eine vergleichende Entwicklung eines Makaken-Kleinhirns zeigte, dass die Fläche nur etwa 30 Prozent der Fläche des Neokortex einnimmt, was sie relativ klein macht. Und das auch Neandertaler Möglicherweise hatte das Kleinhirn ein viel kleineres als Homo sapiens, wie Schädelanalysen kürzlich nahe legten.

Sereno und sein Team glauben, dass diese Zunahme der Größe und Komplexität unseres Kleinhirns eng mit der kognitiven Entwicklung unserer Spezies zusammenhängt. „Anstatt nur sensorische Hinweise für die Bewegungskoordination zu bewerten, wurden Teile des Kleinhirns beim Menschen vergrößert, um konzeptionelle Bewegungen zu koordinieren – beispielsweise um eine Handlung oder abstrakte Denkprozesse wie eine mathematische Formel schnell neu zu planen.“

Virtuelle Entwicklung des Kleinhirns.© San Diego State University

Fragmenter Homunkulus

Die Entwicklung des Kleinhirns kann es auch einfacher machen, die verschiedenen Funktionen auf bestimmte Bereiche zurückzuführen. „Wir haben jetzt eine Karte, die die gesamte Oberfläche des Kleinhirns darstellt und die Städte, Landkreise und Bundesstaaten zeigt“, sagte Sereno. „Es gibt jetzt neue Möglichkeiten für Forscher, das komplexe Flickenteppich von Signalen aus der Hirnrinde in das Kleinhirn zu lokalisieren.“

Denn ähnlich wie beim somatosensorischen Kortex gibt es auch eine Art Darstellung der verschiedenen Sinne und Körperteile im Kleinhirn. Aber im Gegensatz zu den bekannten „Homunkulus‚Die Teile unserer Kleinhirnrinde sind durcheinander und fragmentiert. „Sie haben ein Stück Ihrer Lippe direkt neben einem Teil Ihrer Schulter oder Ihres Gesichts, wie kleine Puzzleteile“, erklärt Sereno.

Die virtuelle Bereitstellung könnte nun helfen, herauszufinden, warum dies so ist und ob diese funktionale Fragmentierung auch für die Bereiche des Kleinhirns gilt, die kognitive Informationen verarbeiten. „Unser ‚kleines Gehirn‘ ist wirklich ein Hans Dampf in allen Straßen“, sagt Sereno. „Die Kartierung des Kleinhirns wird im nächsten Jahrzehnt eine aufregende Herausforderung sein.“ (Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften, 2020; doi: 10.1073 / pnas.2002896117)

Welche: San Diego State University.

August 2020

– Nadja Podbregar