mini|Schema eines in der Medianebene geschnittenen menschlichen Gehirns Die Neuroanatomie ist eine Wissenschaft, die den Aufbau des Nervensystems untersucht. Sie ist ein Teilgebiet der Neurobiologie sowie ein Spezialgebiet der systematischen Anatomie und hat in der Neurophysiologie und in der Neurochemie Schwesterdisziplinen. Eng mit der Neuroanatomie verbunden ist auch die Neuropathologie, die die strukturellen Veränderungen des Nervensystems bei krankhaften Prozessen untersucht.
Die Neuroanatomie beschäftigt sich mit der Größe, Lage, Benennung und Struktur des Nervensystems von Menschen und Tieren. Die Teildisziplin der vergleichenden Neuroanatomie stellt Beziehungen zwischen Gehirn- oder Rückenmarksstrukturen von verschiedenen Tiergruppen auf und kann so Aussagen über die Evolution des Nervensystems treffen.
Geschichte der Neuroanatomie Die Rolle des Nervensystems für die Übertragung von Informationen wurde von griechischen Philosophen und Ärzten der Antike eher erahnt als gewusst. In den Konzepten des Altertums wurden die Nerven meist für hohle Leitröhren für das Pneuma, eine Art lebenspendende Substanz, die im Gehirn aus dem Blut gebildet werden sollte, gehalten. Das Gehirn selbst wurde sehr unterschiedlich bewertet: mal galt es als Zentrum des Verstandes und Sitz der Seele, mal sollte es lediglich dazu dienen, das Blut zu kühlen oder Phlegma zu produzieren. Erst um das 3. Jahrhundert v. Chr. kamen mit der Alexandrinischen Schule Anatomen wie Herophilos von Chalkedon und Erasistratos zum Zuge, die durch zahlreiche Sektionen auch an Menschen die Grundlagen einer wissenschaftlich-beobachtenden Neuroanatomie legten. Recht dezidierte Erkenntnisse – auch über physiologische Zusammenhänge – wurden vor allem von Erasistratos gewonnen, der sich hierbei auf die Vivisektion von Tieren stützte. Er erkannte bereits die Unterschiede zwischen motorischen und sensiblen Nerven und gliederte das Gehirn in seine makroanatomischen Anteile. Galenos, ein griechischer Arzt der hohen römischen Kaiserzeit, trug das Wissen seiner Zeit zusammen und führte auch selbst Sektionen durch, allerdings nur an Tieren, wodurch sich viele Fehlschlüsse in seine Schriften verirrten. Da er für fast 1.300 Jahre als die unangefochtene Autorität auf dem Gebiet der Anatomie galt, blieben diese Irrtümer solange unentdeckt. Erst in der Renaissance wurden die antiken Erkenntnisse überprüft und teilweise korrigiert.
Das Ventrikelsystem wurde erstmals im 16. Jahrhundert eingehend beschrieben von Andreas Vesalius, dem Begründer der modernen Anatomie. Neuroanatomische Detailbeschreibungen erfolgten im 17. und 18. Jahrhundert unter anderem durch Franciscus Sylvius, Morgagni, Eustachius, Willis und Xavier Bichat.Wolfgang Seeger, Carl Ludwig Geletneky: Chirurgie des Nervensystems. In: Franz Xaver Sailer, Friedrich Wilhelm Gierhake (Hrsg.): Chirurgie historisch gesehen. Anfang – Entwicklung – Differenzierung. Dustri-Verlag, Deisenhofen bei München 1973, ISBN 3-87185-021-7, S. 229–262, hier: S. 230.
Gegenstand Der behandelte Gegenstand ist das Nervensystem, seine geweblichen und zellulären Strukturen. Eine morphologische Besonderheit dieses Systems ist die Konnektivität, also das Prinzip, dass die einzelnen Zellen untereinander vielfache Verbindungen eingehen, die deren Zusammenspiel ermöglichen und definieren. Die kleinste funktionelle Einheit, die Nervenzelle (auch Neuron), bildet Ausläufer (Dendrite und Axone), durch die sie mit anderen Nervenzellen über Synapsen Kontakt aufnehmen und Informationen als elektrische Potentiale weiterleiten können. Neurone haben ein besonders leicht modulierbares Membranpotential und sind daher schnell und wiederholt reizbar. Über die Synapse selbst wird die Erregung durch Botenstoffe, sogenannte Neurotransmitter weitergeleitet.
Man unterscheidet zwischen dem zentralen (Gehirn und Rückenmark) und dem peripheren Anteil (Nerven) des Nervensystems. Weiterhin wird zwischen dem somatischen (Willkür-)Nervensystem und dem autonomen Nervensystem unterschieden. Diese Einteilungen dienen mehr der Systematik, da die beschriebenen Untersysteme keine wirklich voneinander unabhängige Einheiten darstellen. Das Nervengewebe höherer Tiere wird in zellreiche graue Substanz und faser(zellfortsatz-)reiche weiße Substanz unterteilt. Die zelluläre Zusammensetzung, die sogenannte Zytoarchitektur, unterscheidet sich dabei in verschiedenen Anteilen des Nervensystems erheblich und widerspiegelt die jeweilige Funktion.
Embryonal entstehen alle Bestandteile des Nervensystems aus dem äußeren Keimblatt, dem Ektoderm. Nur ein Teil der Vorläuferzellen differenziert sich zu Nervenzellen aus, andere werden zu spezialisiertem Stützgewebe, der Glia.
Besonders wichtig zum Verständnis der neuroanatomischen Verhältnisse sind die räumlichen (topischen) Beziehungen einzelner Abschnitte zueinander. Damit ist der definierte Verlauf (die Projektion) der Bahnen von einer Zellpopulation zu einer anderen gemeint. Diese verlaufen nicht beliebig, sondern unterliegen einer klaren Struktur, bei der sich aus den Fortsätzen vieler Nervenzellen gebildete Nervenbahnen (Tractus, Fasciculi, Lemnisci etc.) unterscheiden lassen. Über die genetisch vorgegebene Grundstruktur hinaus verfügt das Nervensystem jedoch über eine hohe Plastizität, wodurch die Ausbildung der anatomischen Feinstrukturen nicht zuletzt von Prägung und Lernen bestimmt wird.
Methoden der anatomischen Datengewinnung
Um den Verlauf von Verbindungen innerhalb des zentralen Nervensystems (ZNS) zu erfassen, kommt eine Vielzahl von Methoden zum Einsatz, deren wichtigste Vertreter nachfolgend aufgelistet sind:
Klinische Beobachtung Auch heute noch sind viele grundlegende Erkenntnisse über das Gehirn und seine Eigenheiten aus klinischen Erfahrungen abgeleitet. Bereits Hippokrates bemerkte, dass eine linksseitige Wunde am Kopf einen rechtsseitigen Ausfall der Motorik zur Folge hat.S. Vulliemoz, O. Raineteau, D. Jabaudon: Reaching beyond the midline: why are human brains cross wired? In: The Lancet. Neurology. Band 4, Nummer 2, Februar 2005, S. 87–99, doi:10.1016/S1474-4422(05)00990-7, PMID 15664541 (Review). Dass die kontralaterale Beziehung von Körper und Gehirn ein wirkliches Charakteristikum des menschlichen Organismus ist, wurde zuerst von Antonio Maria Valsalva (1666–1723) und seinem Schüler Giovanni Battista Morgagni (1682–1771) erkannt und nachträglich mit dem wenig gebräuchlichen Begriff „Valsalva-Doktrin“ belegt.H. S. Schutta, K. K. Abu-Amero, T. M. Bosley: Exceptions to the Valsalva doctrine. In: Neurology. Band 74, Nummer 4, Januar 2010, S. 329–335, doi:10.1212/WNL.0b013e3181cbcd84, PMID 20101039 (Review). Die bis dahin vorherrschenden hippokratischen/galenischen Konzepte, die keinerlei Zusammenhang zwischen Gehirn und Motorik, respektive Sensorik, sahen, erklären diesen recht späten Zeitpunkt der Schlussfolgerung in der Menschheitsgeschichte.E. D. Louis: Contralateral control: evolving concepts of the brain-body relationship from Hippocrates to Morgagni. In: Neurology. Band 44, Nummer 12, Dezember 1994, S. 2398–2400, PMID 7991135. Ein weiteres bekanntes Beispiel ist das Brown-Séquard-Syndrom, welches nach halbseitiger Durchtrennung des Rückenmarks vorliegt.
Präparation Die Präparation der Fasertrakte innerhalb des ZNS ist dem besseren Verständnis des Verlaufs großer Trakte enorm zuträglich. Kleinere Verbindungen lassen sich so jedoch kaum darstellen. Den Ort der Kreuzung des Tractus corticospinalis konnten François Pourfour du Petit und Domenico Mistichelli bereits 1710 durch Präparation auf den unteren Teil der Medulla oblongata, die Pyramiden, festlegen und Franz Joseph Gall (1758–1828) und Johann Spurzheim (1776–1832) gelang einhundert Jahre später eine Darstellung der Faserbahnen von der Pyramide zum Cortex (Hirnrinde).
Axonaler Transport Axonales Tracing macht sich die Transportmechanismen innerhalb der Neurone zu Nutze, durch welche für gewöhnlich reger Stoffaustausch zwischen Synapse und Zellkörper gewährleistet werden. Daran beteiligt sind insbesondere die Mikrotubuli als Bestandteile des Cytoskeletts sowie die Transportproteine Dynein und Kynesin.U. Matzner, R. Lüllmann-Rauch u. a.: Enzyme replacement improves ataxic gait and central nervous system histopathology in a mouse model of metachromatic leukodystrophy. In: Molecular therapy: the journal of the American Society of Gene Therapy. Band 17, Nummer 4, April 2009, S. 600–606, doi:10.1038/mt.2008.305, PMID 19174759, .
Diffusions-Tensor-Bildgebung Die Diffusions-Tensor-Bildgebung ist die wohl detailreichste nichtinvasive Darstellung von Fasertrakten im Gehirn. Über die Messung der Wasserdiffusion entlang der Nervenbahnen können ebendiese sehr detailgetreu dargestellt werden.Mori, S., & Zhang, J., Diffusion Tensor Imaging (DTI). In Encyclopedia of Neuroscience, 2009, S. 531–538, ISBN 978-0-08-045046-9 Jedoch bestehen noch einige Probleme bei der realitätsgetreuen Darstellung. Beispielsweise können kleine von größeren Trakten manchmal schlecht abgegrenzt werden, was insbesondere bei kleinen kreuzenden und großen ipsilateral verlaufenden Trakten der Fall ist.A. Narayana, J. Chang, S. Thakur, W. Huang, S. Karimi, B. Hou, A. Kowalski, G. Perera, A. Holodny, P. H. Gutin: Use of MR spectroscopy and functional imaging in the treatment planning of gliomas. In: The British journal of radiology. Band 80, Nummer 953, Mai 2007, S. 347–354, doi:10.1259/bjr/65349468, PMID 17068012. Mit Hilfe dieses Verfahrens werden derzeit auch im Rahmen des Human Connector Project versucht den Verlauf aller Nervenfasern im Gehirn zu kartieren.Human Connector Project
Degenerationsmethoden Bis in die 1970er Jahre wurde der Verlauf und das Ziel von Bahnen hauptsächlich mit Degenerationsmethoden bestimmt. Als Beispiel zu nennen wäre hier die sogenannte Wallersche Degeneration, die den Untergang eines Nervenanteils distal einer Schädigung des Nerven bezeichnet. So lässt sich der Verlauf der geschädigten Axone weiterverfolgen.
Transkraniale magnetische Stimulation Hierbei werden die Trakte über kurze magnetische Stimulation der entsprechenden Hirnregion stimuliert. An der innervierten Muskulatur lassen sich die erzeugten Signale messen.
Anatomie des Zentralen Nervensystems
Das Zentrale Nervensystem wird unterschieden in das Rückenmark (Medulla spinalis) und das Gehirn (Encephalon), welches entwicklungsbiologisch, drei primären Hirnbläschen entsprechend, unterteilt wird in die Hauptabschnitte von Vorderhirn (Prosencephalon), Mittelhirn (Mesencephalon) und Rautenhirn (Rhombencephalon).
Das Vorderhirn besteht aus dem Endhirn (Telencephalon), zu dem auch die Großhirnrinde (Cortex cerebri) gehört, und dem Zwischenhirn (Diencephalon), zu dem unter anderem der Thalamus zählt.
Das Mittelhirn enthält im Mittelhirndach die Vierhügelplatte, der die paarigen oberen Hügel (Colliculi superiores) und unteren Hügel (Colliculi inferiores) zugehören.
Das Rautenhirn wird unterteilt in das Hinterhirn (Metencephalon), wozu neben der Brücke (Pons) auch das Kleinhirn (Cerebellum) zählt, und das Markhirn (Myelencephalon), auch verlängertes Mark (Medulla oblongata) genannt.
Als Hirnstamm werden Mittelhirn und Rautenhirn ohne Kleinhirn zusammengefasst, also Mes-, Met- und Myelencephalon mit Ausnahme des Cerebellums.
Der mit dem Ausdruck Stammhirn bezeichnete Begriff dagegen umfasst neben dem Hirnstamm das Zwischenhirn sowie darüber hinaus gelegentlich auch das Kleinhirn und Teile des Endhirns als dessen Stammganglien (Basalganglien).
Das Rückenmark wird in Segmente unterschieden, die je dem Halsmark, dem Brustmark, dem Lendenmark, dem Kreuzmark oder dem Steißmark bzw. Schwanzmark zugeordnet werden.
Motorische Bahnen Hauptmotorikbahnen von Wirbeltieren, die nicht den Säugetieren angehören, sind die Tractus reticulospinalis, vestibulospinalis und rubrospinalis.
Pyramidales System mini|Pyramidenbahn