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Neokortex (Isokortex)

Der Neokortex ist der phylogenetisch jüngste Teil des Endhirns und besteht aus dem Frontallappen, dem Temporallappen, dem Parietallappen und dem Okzipitallappen. Mit wenigen Ausnahmen ist die Histologie im Neokortex durchgängig gleich aufgebaut und besteht aus den  Schichten (Laminae) I bis VI. Aus diesem Grund wird er auch als Isokortex (iso = gleich) bezeichnet. 
 

Phylogenetik und Anteile

Entwicklungsgeschichtlich ist der Neokortex am spätesten entstanden, primitive Säugetiere besitzen ihn daher nicht. Sein enormes Wachstum wurde vermutlich durch bestimmte Proteine angeregt, welche zu einer deutlichen Ausreifung führten und so die Hirnoberfläche enorm vergrößerten.

Dies ermöglichte den menschlichen Vorfahren komplexe Denkleistungen, wenngleich die Größe des Gehirns selbst keine Aussagekraft über ihre Leistungsfähigkeit ermöglicht. 

Telencephalon (Endhirn) - medial

Obwohl es sich um eine einzelne zusammenhängende Struktur handelt, ist der Neokortex in Lappen gegliedert: Frontallappen, Temporallappen, Parietallappen und Okzipitallappen.

Eine Besonderheit bildet die Insula – sie stellt histologisch einen Übergangsbereich zwischen Paläeokortex und Neokortex dar.

Die einzelnen Lappen sind durch Sulci (Furchen) voneinander getrennt. Der Sulcus centralis trennt den Frontral- vom Parietallappen, der Sulcus lateralis den Frontal- vom Temporallappen. Okzipital- und Parietallappen werden durch den Sulcus parietooccipitalis abgegrenzt.

Sulcus centralis (Zentralfurche) - links lateral

Alle Lappen sind jeweils beidseitig angelegt, die Gesamtheit der Lappen einer Seite bildet eine Großhirnhemisphäre. Beide Hemisphären sind durch die Fissura longitudinalis cerebri getrennt.

Embryologie

Der Neokortex entsteht als beidseitige Aussackungen der lateralen Wände des Prosencephalons. Diese 
vergrößern sich mit der Zeit und dehnen sich dabei immer stärker aus. Im Zuge dieser Ausdehnung verbinden sich Neurone in großer Zahl miteinander und bilden die Verbindungen zwischen Hirnstamm und Rückenmark.

Großhirnrinde (Cortex cerebri) - Histologie

Im weiteren Verlauf kommt es dann zum Wachstum der Rinde. Die Entwicklung folgt dabei nach dem „Inside-Out“-Prinzip, d.h. die tieferen Schichten werden zuerst ausgebildet, gefolgt von den höheren.

Die tieferen Schichten liegen nahe den Hirnventrikeln (Ventrikulärzone), die oberflächlichen weiter außen in der Marginalzone.

Je nach Entwicklungsstufe existieren dabei mehrere Zellschichten, die folgendem Prinzip entsprechen: Zwischen der Ventrikulär- und Marginalzone liegt zunächst die Intermediärzone. Zwischen Intermediär- und Ventrikulärzone bildet sich die Subventrikulärzone aus.

seitlicher Hirnventrikel - cranial

Die vier bisher beschriebenen Zonen verändern während der Entwicklung und Reifung ihre Breite nicht.
Zwischen Intermediär- und Marginalzone kommt es zur Ausbildung der kortikalen Platte, bei der es sich anatomisch um eine weitere Zellschicht handelt.

Nach dessen Ausbildung bildet sich zwischen kortikaler Platte und Intermediärschicht noch eine weitere Schicht aus, die Subplatte. Diese ist zunächst sehr breit und wird bis zur Geburt immer schmaler.

Ein zentraler Prozess, der sich im Laufe dieser Schichtenbildung abspielt, steht im Zusammenhang mit Migrationsbewegungen. Dabei handelt es sich um Bewegungen, die typisch für den Neokortex sind und in der 6. Woche bis zum 5. Monat auftreten. In der Marginalzone kommt es früh zur Ausbildung von Cajal-Retzius-Zellen. Diese sind horizontal angeordnet und produzieren das Glykoprotein Reelin, welches an die extrazelluläre Matrix abgegeben wird. 

Videoempfehlung: Mediale Ansicht des Gehirns
Strukturen der medialen Ansicht des Gehirns. Die Bilder zeigen einen Sagittalschnitt des Gehirns.

Radialgliazellen, welche bereits im Neuralrohr entstanden sind, benötigen Reelin, um ihre Fortsätze (Radialfasern) auszubilden und zu verlängern. Diese Fortsätze wiederum dienen Proneuronen zum Erreichen ihrer definitiven Position.

Die horizontale Ansammlung von Proneuronen führt zur Bildung der einzelnen Schichten (Laminae). Die Marginalzone wird später zur Schicht I (Lamina molecularis) des Isocortex. Die Intermediärzone bildet später die weiße Substanz, während die Ventrikulärzone, die Subplatte und die Subventrikulärzone durch Apoptose degenerieren.

An Radialgliazellen entlang wandern die, während der Mitosen entstandenen, Neurone in die kortikale Platte ein. Die kortikale Platte bildet später die Laminae II bis V des Neokortex. Die zu Beginn migrierenden Zellen bilden zunächst die Schicht VI (Lamina multiformis), anschließend die Schicht V (Lamina pyramidalis interna) und darauffolgend die Schicht IV (Lamina granularis interna). 

sich entwickelnder Kortex - Histologie

Kurz vor der Geburt ist die gesamte Zellmigration abgeschlossen. Alle sechs Schichten sind vollständig vorhanden. Die Cajal-Retzius-Zellen der Marginalzone haben erheblich an Dichte abgenommen, der größte Teil von ihnen ist durch Apoptose untergegangen. 

Lange Zeit bestand die Ansicht, dass sich in Lamina I nur noch Fasern befinden. Neuere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass auch nachgeburtlich noch Cajal-Retzius-Zellen in Lamina I zu finden sind. 

Ein gewisser Anteil an Neuronen migriert auch ohne die Gliafasern als Leitschiene. Dies geschieht vor allem in der (sehr) frühen Entwicklung durch Kernverlagerung (Translokation).

Histologie

Wesentliches Merkmal des Neokortex ist der sechsschichtige Aufbau. 

Die sechs Schichten, von außen nach innen, lauten wie folgend: 

  • Lamina molecularis (Lamina I): Sie besteht vor allem aus Fortsätzen tiefer gelegener Neurone, es finden sich hier vereinzelt Nicht-Pyramidenzellen und gelegentlich Cajal-Retzius-Zellen.
  • Lamina granularis externa (Lamina II): Hier finden sich viele kleine Pyramidenzellen, die dicht gedrängt sind und den Eindruck einer Körneransammlung erwecken, daher der Name (granular = körnig).
  • Lamina pyramidalis externa (Lamina III): Reich an großen Pyramidenzellen; die Axone der dritten und auch der zweiten Schicht bilden Assoziations- und Kommissurenfasern.
  • Lamina granularis interna (Lamina IV): In dieser Schicht enden vor allem Afferenzen aus den Thalamuskernen mit Faserbeziehungen zu umschriebenen Kortexarealen, die den sogenannten Baillarge-Streifen bilden; es finden sich viele Pyramiden- und viele Nicht-Pyramidenzellen.
  • Lamina pyramidalis interna (Lamina V): Sie ist reich an großen Pyramidenzellen, die vor allem zu extrakortikalen Zentren (mit Ausnahme des Thalamus) projizieren.
  • Lamina multiformis (Lamina VI): Die Morphologie der Zellen ist hier unterschiedlich, Axone von Pyramidenzellen ziehen zu Thalamuskernen mit Faserbeziehungen zu umschriebenen Kortexarealen.

Cortex cerebri - axial

Obwohl die Anzahl der Schichten fast überall gleich ist, schwankt die Breite der Schichten in unterschiedlichen Arealen der jeweiligen Lappen. Diese Unterschiede sind das anatomische Korrelat für eine funktionelle Spezialisierung. 

In motorischen Gebieten sind die Laminae III und V, welche reich an (efferenten) Pyramidenzellen sind, besonders breit. Diese Zellen sind glutamaterg und haben eine pyramidenartige Form.

In sensorischen und sensiblen Bereichen sind diese Zellen in ihrer Anzahl stark reduziert. Stattdessen dominieren GABAerge Nicht-Pyramidenzellen, insbesondere in den Schichten II und IV. Nicht-Pyramidenzellen sind stets Interneurone, die der intrakortikalen Informationsverarbeitung dienen, die Region in der Regel nicht verlassen und meist inhibitorisch sind.

Es gibt eine Vielzahl dieser Zellen bspw. Kandelaber-Zellen (inhibitorisches Interneuron), Doppelbusch-Zellen (GABA, peptiderg), Korbzellen (GABAerg) sowie Martinotti-Zellen (kleine multipolare Neurone).

Körnerzellen - Histologie

Neben der Einteilung des Neokortex in seine Schichten und der Einteilung in Pyramidenzellen und Nicht-Pyramidenzellen existiert noch eine andere Unterteilung: die in Körnerzellen und Pyramidenzellen. Begrifflich findet sich diese Unterteilung in der Benennung der Schichten (granularis und pyramidalis). 

Bei den Körnerzellen handelt es sich jedoch nicht um einen einzelnen Zelltyp, sondern um einen historisch bedingten Sammelbegriff. Dieser schließt alle Zellen ein, die in der mikroskopischen Nissl-Anfärbung eine Körnung (Granulierung) aufweisen. Er umfasst sowohl nicht-Pyramidenzellen, als auch Pyramidenzellen.

Pyramidenzellen - Histologie

Granular- und Agranularkortex

Auf Grund der zweiten Unterscheidung, zwischen Körnerzellen und Pyramidenzellen, hat sich eine Einteilung des Kortex in den granulären und den agranulären Kortex herausgebildet.

Der granuläre Kortex ist dadurch gekennzeichnet, dass Lamina II und IV sehr breit und III und V  nur schwach ausgebildet sind. Dies ist typisch für sensorische und sensible Kortexareale. 
Im agranulären Kortex ist die Situation umgekehrt, die Schichten III und V sind stark ausgeprägt, II und IV nur schwach, was typisch für motorische Areale ist. 

Terminologie der Histologie 

Die Begrifflichkeiten der neokortikalen Histologie sind durch die historischen Gegebenheiten bedingt, denn die Aufarbeitung erfolgte zunächst nach rein morphologischen Kriterien. Bis heute existiert keine aktualisierte Nomenklatur.

Um Zellen zu beschreiben, ist daher entweder auf die Unterscheidung zwischen Pyramidenzellen- und Nicht-Pyramidenzellen zu verzichten ODER auf die Unterscheidung zwischen Körnerzellen und Pyramidenzellen. Eine Vermengung dieser beiden Möglichkeiten der Unterscheidung ist nicht möglich und letztlich fehlerhaft. 

Die in der Geschichte nach morphologischen und zytoarchitektonischen Gesichtspunkten entstandene Sortierung führte zu verschiedenen Versuchen den Kortex zu unterteilen, eine der ältesten, aber unverändert in Gebrauch befindlichen Einteilungen stammt von Brodmann

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Quellen anzeigen

Quellen

  • W. Kahle, M. Frotscher: Nervensystem und Sinnesorgane – Taschenatlas Anatomie, 10. Auflage, Thieme (2009), S. 242 ff.
  • D. Drenckhahn, A. Benninghoff: Anatomie, 16. Auflage, Elsevier (2004), S. 255 f.
  • M. Schünke, E. Schulte, U. Schumacher et al.: Kopf, Hals und Neuroanatomie – Prometheus, 2. Auflage, Thieme (2009), S. 274

Artikel, Review, Layout

  • Andreas Rheinländer
  • Marie Hohensee
  • Dr. med. Charlotte Barthe

Illustrationen

  • Telencephalon (Endhirn) - medial - Paul Kim
  • Sulcus centralis (Zentralfurche) - links lateral - Paul Kim
  • Großhirnrinde (Cortex cerebri) - Histologie
  • seitlicher Hirnventrikel - cranial - Paul Kim
  • sich entwickelnder Kortex - Histologie
  • Cortex cerebri - axial - Paul Kim
  • Körnerzellen - Histologie
  • Pyramidenzellen - Histologie
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