Video: Pyramidenbahn

Hast du dich jemals gefragt, wie wir unsere Muskeln bewusst steuern und bewegen können? Das Geheimnis liegt in der Fähigkeit unseres Gehirns, Signale über das Rückenmark an die Muskeln zu senden, damit diese sich in die gewünschte Position bewegen. Vielleicht weißt du schon, dass dieser Prozess über Nerven gesteuert wird. Aber hast du dich schon einmal gefragt, wie das Signal den Weg vom Gehirn über das Rückenmark bis hin zu den Muskeln findet? Gibt es eine Art "Autobahn" für Bewegungen, die das Gehirn für diese Aufgabe nutzt?

Ja, die gibt es tatsächlich. Und heute erzähle ich dir mehr darüber. Bleib also dran, während wir die Pyramidenbahn und ihre Rolle im zentralen Nervensystem genauer unter die Lupe nehmen.

In diesem Tutorial schauen wir uns einen der wichtigsten Wege für bewusste motorische Signale an - die Pyramidenbahn. Sie ist die größte motorische Bahn im zentralen Nervensystem und leitet willkürliche motorische Impulse von der Großhirnrinde zum Rückenmark. Während wir das erklären, verwenden wir eine Illustration, die uns durch die verschiedenen Ebenen des zentralen Nervensystems führt. Wie du sehen kannst, haben wir sieben Abschnitte aus dem Großhirn, dem Hirnstamm und dem Rückenmark ausgewählt.

Unser Plan ist es, zuerst jede dieser Regionen im Detail anzuschauen und dabei wichtige Strukturen auf den einzelnen Ebenen zu identifizieren. Sobald wir uns mit der Anatomie vertraut gemacht haben, schauen wir uns an, welchen speziellen Weg die Pyramidenbahn durch die Regionen nimmt.
Also, lass uns direkt loslegen und mit den Strukturen des Gehirns beginnen.
Unser erster Halt heute ist der Motorkortex, wo die meisten motorischen Signale ihren Ursprung haben. Diese gefaltete Oberfläche des Gehirns, die man von außen sieht, ist die Großhirnrinde. Die verschiedenen Bereiche der Rinde haben unterschiedliche Funktionen, wie zum Beispiel der gustatorische Kortex, der für den Geschmack zuständig ist.
Der Motorkortex, der auch primär motorischer Kortex genannt wird, befindet sich im Gyrus praecentralis des Lobus frontalis. Der Gyrus praecentralis steuert die willkürlichen Bewegungen der Muskulatur, also die, die du bewusst steuern und ausführen kannst.
Im Motorkortex sind die Neurone, die bestimmte Körperregionen kontrollieren, somatotopisch organisiert. Somatotopisch heißt, dass bestimmte Gruppen von Neuronen bestimmten Körperregionen zugeordnet werden, was durch eine konzeptionelle Karte auf dem Gehirn dargestellt wird. Diese Karte nennt man Homunculus. Einige Körperteile beanspruchen einen größeren Teil des Motorkortex, weil sie eine feinere oder genauere Steuerung erfordern. Das heißt, sie repräsentieren nicht die tatsächliche Größe einer Region. Deshalb sind die Hände und das Gesicht auf dem Homunkulus viel größer dargestellt, als zum Beispiel die Füße oder der Rücken.
Wir schauen uns jetzt den nächsten Abschnitt unserer Illustration an, wo wir einige subkortikale Strukturen des Großhirns erkennen können.
Wir beginnen mit diesem Bereich, der jetzt grün hervorgehoben ist, er bildet einen Teil des Thalamus. Der Thalamus ist eine zentrale Schaltzelle deines Gehirns und spielt unter anderem beim Filtern von sensorischen Informationen eine zentrale Rolle. Er besteht aus grauer Substanz, die in große Kerne wie den Nucleus ventralis posteromedialis und den Nucleus ventralis posterolateralis organisiert ist. Axone der Großhirnrinde oder des Rückenmarks enden an Zellkörpern im Thalamus, der die Nachricht dann an einen anderen Teil des zentralen Nervensystems weiterleitet.
Die Basalganglien sind Ansammlungen grauer Substanz im Gehirn, die Bewegungen koordinieren, indem sie die Aktivität des Motorkortex regulieren und sowohl hemmend als auch stimulierend auf die motorischen Abläufe wirken. Zu den Basalganglien im engeren anatomischen Sinne gehören Putamen, Globus pallidus und Nucleus caudatus. Häufig wird auch der Nucleus subthalamicus mit dazugezählt. Funktionell zugehörig sind allerdings auch noch andere Kerngebiete, wie beispielsweise die Substantia nigra. Mehr dazu in unserem Tutorial über die Basalganglien.
Jetzt machen wir weiter mit dem Putamen. Das Putamen ist der am weitesten lateral liegende Teil der Basalganglien und sitzt tief unter der Inselrinde. Der Globus pallidus liegt medial des Putamen, von dem er durch die Lamina medullaris medialis getrennt wird. Eine weitere dünne Schicht aus weißer Substanz, die Lamina medullaris interna, teilt den Globus pallidus in seinen medialen und lateralen Anteil: die Pars medialis und Pars lateralis. Der Nucleus caudatus wiederum ist eine große Struktur, die sich aus drei Segmenten zusammensetzt: Caput, Corpus und Cauda. In diesem Abschnitt können wir gut das Caput des Nucleus caudatus erkennen.
Weiter geht’s mit diesem großen Bündel aus weißer Substanz, das auch als Capsula interna bekannt ist. Die Capsula interna ist V-förmig und besteht aus einem vorderen Schenkel, dem Crus anterius, der das Caput nuclei caudati vom Putamen und Globus pallidus trennt, und einem hinteren Schenkel, dem Crus posterius, der den Thalamus vom Putamen und Globus pallidus trennt. Die Capsula interna enthält Axone aus Faserbahnen, die entweder zur Großhirnrinde hin- oder von ihr wegführen, also aus afferenten und efferenten Bahnen. Wir schauen uns das später im Tutorial noch einmal genauer an, also merke dir diese Struktur.
Schließlich haben wir jetzt noch eine lange, dünne Schicht grauer Substanz, die die weiße Substanz der Inselrinde unterbricht - das Claustrum. Es ist sehr dünn und schwer zu erkennen. Bis vor kurzem war die Funktion des Claustrums ein Rätsel, aber neuere Forschungen deuten darauf hin, dass es eine entscheidende Rolle beim Bewusstsein spielen könnte.
Jetzt verlassen wir das Großhirn, um zum nächsten Abschnitt unserer Illustration zu kommen - dem Hirnstamm.
Der Hirnstamm ist der Vermittler zwischen Großhirn, Kleinhirn und Rückenmark. Der Hirnstamm enthält zwar die meisten Kerne der Hirnnerven, besteht aber hauptsächlich aus Axonen, die Signale zwischen verschiedenen Bereichen des Nervensystems weiterleiten. Solche Axonbündel oder Nervenfasern, die zum selben Ort im zentralen Nervensystem führen, nennt man Bahnen. Sie bilden markante Strukturen, die uns helfen, verschiedene Bereiche des Hirnstamms zu identifizieren.
Hier betrachten wir das Mittelhirn. Das Mittelhirn, oder auch Mesencephalon, ist der oberste Teil des Hirnstamms und steht in Verbindung mit dem Thalamus, Hypothalamus, Epithalamus und Subthalamus, die zusammen das sogenannte Diencephalon, das auch Zwischenhirn genannt wird, bilden. Das Mittelhirn koordiniert Sehen, Hören, Motorik sowie die Regulation von Wachheit, Gleichgewicht und Körperhaltung.

Beginnen wir mit diesen beiden ventralen Strukturen, die das offensichtlichste Merkmal des Mittelhirns sind, nämlich die Hirnschenkel, die man auch als Crura cerebri bezeichnet. Die Hirnschenkel bestehen vor allem aus absteigenden motorischen Bahnen, die vom Gehirn in das Rückenmark führen. Sie umfassen die Fibrae corticospinales und corticonucleares, fibrae frontopontinae, temporopontinae, occipitopontinae und parietopontinae. Ganz schön viele Namen auf einmal, aber keine Sorge, auf einige dieser Bahnen werden wir später in diesem Tutorial noch einmal genauer eingehen.

Die Substantia nigra, die wörtlich „schwarze Substanz“ bedeutet, verläuft als feine dunkle Linie von Zellkörpern quer über die Hirnschenkel. Ihre Farbe kommt von dem Neuromelanin, das diese Zellkörper enthalten. Die Neurone der Substantia nigra setzen Dopamin ins Striatum frei und nehmen so Einfluss auf die motorische Kontrolle. Die Hirnschenkel und die Substantia nigra liegen nahe des ventralen Teils des Mittelhirns. Wenn wir uns in Richtung dorsalen Teil bewegen, sehen wir hier einen kleinen Kanal, der dort hindurchführt – das ist der Aquaeductus cerebri, den man auch als Aqueductus von Sylvii kennt.

Der Aquaeductus cerebri leitet den Liquor cerebrospinalis aus dem dritten Ventrikel, nach unten Richtung vierten Ventrikel und weiter in den Spinalkanal. Die graue Substanz, die den Aqueductus cerebri umgibt, wird als Substantia grisea periaqueductalis bezeichnet.
Wenn wir weiter nach unten, also nach kaudal gehen, betrachten wir als Nächstes einen Querschnitt auf Höhe des Pons. Dieser Bereich lässt sich durch eine deutliche Vorwölbung auf der ventralen Oberfläche identifizieren, die als Pars basilaris pontis bezeichnet wird. Die Pars basilaris pontis enthält besonders viele Fasern, die Signale zwischen Großhirn und Kleinhirn koordinieren. Außerdem beinhaltet der Pons mehrere Hirnnervenkerne. Wie das Mittelhirn enthält auch der Pons efferente und afferente Bahnen weißer Substanz, die wir gleich noch genauer besprechen.

Der nächste Abschnitt ist der kleinste Teil des Hirnstamms - die Medulla oblongata, auch als Myelencephalon bekannt. Sie stellt den kaudalsten Abschnitt des Hirnstamms dar und geht direkt in das Rückenmark über. Abgesehen von ein paar Vorwölbungen auf der ventralen Oberfläche, die als Pyramis der Medulla bekannt sind, ist die beste Struktur zur Identifikation der Medulla der paarig angelegte Olivenkern. Die Olivenkerne haben eine charakteristische, gewundene Form in Querschnitten und die Neuronen dieses Kerns koordinieren Signale zwischen dem Kleinhirn und dem Rückenmark. Ventral bildet die Pyramidenbahn einen doppelseitig gleichförmigen Wulst, dorsal treibt der Sulcus medianus posterior die Medulla auseinander. Somit lässt sie sich gut vom Pons abgrenzen, der diese Einfurchungen nicht besitzt.

Von der Medulla abwärts gelangen wir schließlich zum Rückenmark, das fast die gesamte Länge der Wirbelsäule einnimmt - vom Foramen magnum des Schädels bis hinunter zur Lendenwirbelsäule. Das Rückenmark vermittelt Informationen zwischen dem Gehirn und dem restlichen Körper. Der äußere Bereich des Rückenmarks besteht größtenteils aus weißer Substanz, die Bündel von Nervenfasern oder Axonen enthält, die entweder zum Hirnstamm hin oder von ihm weg verlaufen. Die absteigenden Bahnen sind hier in Rosa dargestellt. Der zentrale Bereich des Rückenmarks besteht aus Ansammlungen von Nervenzellkörpern, die die graue Substanz bilden. In Querschnitten ähnelt diese graue Substanz einem Schmetterling.

Neben der schmetterlingsförmigen grauen Substanz im Zentrum lässt sich das Rückenmark durch die Nerven identifizieren, die beidseitig lateral austreten. Diese Nerven nennt man Spinalnerven. Sie enthalten Fasern, die sowohl mit aufsteigenden als auch mit absteigenden Bahnen des zentralen Nervensystems synaptisch verbunden sind. Jeder Spinalnerv besteht außerdem aus zwei Nervenwurzeln – einer vorderen Wurzel, der Radix anterior, und einer hinteren Wurzel, der Radix posterior.

Die Vorderwurzel enthält efferente Nervenfasern, die Bewegungen aber auch autonome Funktionen des Körpers steuern, wie zum Beispiel Schwitzen oder die Herzfrequenz. Die Hinterwurzel eines Spinalnervs enthält afferente Nervenfasern, die sensorische Informationen wie Temperatur, Schmerz und Druck an das Gehirn leiten.

Das Gehirn und Rückenmark kennen wir jetzt ganz gut, also lass uns nun über einige Bahnen aus weißer Substanz sprechen, die durch diese Strukturen verlaufen. In diesem Tutorial konzentrieren wir uns auf efferente Bahnen, also Bahnen, die Informationen vom Gehirn weg transportieren.

Die wichtigste efferente Bahn, die wir heute besprechen, ist wie bereits angekündigt die Pyramidenbahn, die auch als Tractus corticospinalis bezeichnet wird. Sie ist die größte motorische Bahn im zentralen Nervensystem. Die meisten ihrer Axone ziehen vom Motorkortex des Gehirns zum Rückenmark, wo sie mit Motoneuronen synaptisch verbunden sind.

Die Fasern der jeweiligen Areale der Großhirnrinde vereinigen sich oberhalb des Thalamus zu einem Bündel und durchqueren die Capsula interna, die sich zwischen Thalamus und Putamen befindet. Von dort aus ziehen sie weiter in das Mittelhirn, wo sie in den Crura cerebri verlaufen, und setzen ihren Weg zum Pons fort, bevor sie sich in klar abgegrenzten Bündeln sammeln, die die Pyramiden des ventralen Anteils der Medulla oblongata bilden.

Wie du siehst, sind die Fasern segmental aufgebaut. Die medialen Fasern sind den oberen Extremitäten zugeordnet, während die lateralen Fasern den unteren Extremitäten entsprechen. Wenn sie die kaudale Medulla erreichen, teilt sich der Tractus corticospinalis in einen anterioren und einen lateralen Abschnitt. Diese Teilung erfolgt an der Pyramidenkreuzung, der Decussatio pyramidum. Hier kreuzen etwa 75-90% der Fasern auf die kontralaterale Seite und verlaufen dann im Tractus corticospinalis lateralis im Seitenstrang des Rückenmarks.

Der Tractus corticospinalis anterior wiederum enthält die Fasern, die ipsilateral bleiben, also auf derselben Seite wie der Motorkortex, aus dem sie stammen. Sie verlaufen im Vorderseitenstrang des Rückenmarks und kreuzen erst auf Zielhöhe nach kontralateral. Diese Fasern versorgen motorisch die Rückenmuskulatur sowie die proximalen Abschnitte der Extremitäten und spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Körperhaltung.

Die Fasern des Tractus corticospinalis lateralis sind also diejenigen, die in der Medulla oblongata an der Decussatio pyramidum auf die gegenüberliegende Körperseite kreuzen. Diese Fasern versorgen motorisch die distalen Abschnitte der Extremitäten, wie beispielsweise die Hand. Dieser Trakt ist evolutionär gesehen eine relativ neue Entwicklung und kommt nur bei Säugetieren vor, die in der Lage sind, präzise, willkürliche Bewegungen, wie der Mensch, auszuführen.

Schauen wir uns jetzt die Fibrae corticonucleares an. Im Gegensatz zu den Bahnen, die die Muskulatur der Beine und Arme steuern, steuern die Fasern des Tractus corticonuclearis die Muskeln im Kopf- und Halsbereich an. Da sie nicht unterhalb des Halses verlaufen müssen, treten die Axone der Fibrae corticonucleares nicht in das Rückenmark ein. Stattdessen verschalten sie, wie der Name schon erkennen lässt, mit den Kernen, also Nuclei der Hirnnerven III, IV, V, VI, VII, IX, X, XI und XII – also im Grunde alle Hirnnerven von III bis XII, mit Ausnahme des VIII. Diese Hirnnerven enthalten motorische Fasern, die die Muskeln der Augen, des Gesichts, die Kaumuskulatur und einige Muskeln des Nackens versorgen.

Damit hast du es geschafft! Zum Abschluss schauen wir uns die Pyramidenbahn noch anhand eines klinischen Beispiels an.

Vielleicht erinnerst du dich daran, dass ich zu Beginn des Tutorials erwähnt habe, dass es zwei Abschnitte bei der Übertragung eines motorischen Signals gibt. Der erste betrifft den neuronalen Weg innerhalb des zentralen Nervensystems, also vom Motorkortex des Gehirns bis zum Rückenmark, wobei die Pyramidenbahn eine zentrale Rolle spielt. Der zweite Abschnitt führt anschließend vom Rückenmark zu den Zielmuskeln und betrifft die peripheren Nerven.

Die Motoneurone, die sich im zentralen Nervensystem befinden, werden als obere Motoneurone oder als 1. Neuron bezeichnet, während die peripheren Nerven als untere Motoneurone oder auch als 2. Neuron bekannt sind. Was bedeutet das nun im klinischen Kontext? Läsionen der Neurone oder Nervenfasern zwischen dem Motorkortex und den Synapsen im Rückenmark können Schädigungen des 1. Motoneurons verursachen. Solche Schäden können beispielsweise durch Schlaganfälle, Rückenmarksverletzungen oder multiple Sklerose entstehen.

Die Symptome, die bei Läsionen des oberen Motoneurons auftreten, unterscheiden sich deutlich von denen, die auftreten, wenn Läsionen der unteren Motoneurone oder der peripheren Nerven vorliegen. Vielleicht kannst du dir aufgrund der Verschaltung schon denken, welche Symptome das bei einer Läsion des oberen Motoneurons sein könnten?
Ganz genau! Dazu gehören Muskelschwäche, verminderte motorische Kontrolle, insbesondere bei feinen und gezielten Bewegungen, sowie eine Spastik, was bedeutet, dass der Muskeltonus erhöht ist. Außerdem treten verstärkte und manchmal sich wiederholende Reflexe der tiefen Sehnen auf. Das wird auch Hyperreflexie beziehungsweise Klonus genannt.

Ein weiteres Zeichen, von dem du bestimmt schon einmal gehört hast, ist das sogenannte Babinski-Zeichen. Unter normalen Bedingungen führt das Streichen mit einem spitzen Gegenstand von der Ferse über den lateralen Fußrand in Richtung Fußballen zu einem negativen Babinski-Reflex, bei dem sich die Zehen beugen oder nach unten zeigen.

Wenn allerdings eine Läsion des oberen Motoneurons vorliegt, beugt sich der große Zeh nicht, sondern er streckt sich oder zeigt nach oben, während die restlichen Zehen sich fächerförmig abspreizen. Das wird dann als positiver Babinski-Reflex bezeichnet. Aber Achtung: bei Neugeborenen ist dieser Reflex noch physiologisch, da die Pyramidenbahn noch nicht vollständig myelinisiert ist.

Im Gegensatz zu den Schädigungen der oberen Motoneurone stehen die Symptome von den Läsionen der unteren Motoneurone. Sie umfassen Lähmungen, eine verminderte Muskelspannung, abgeschwächte oder fehlende tiefe Sehnenreflexe sowie eine Muskelatrophie.

Und damit sind wir jetzt auch schon am Ende des Tutorials angelangt.
Ich hoffe, es hat dir gefallen. Du kannst dich jetzt mit unseren Quizzen testen, oder in unseren zugehörigen Artikeln weiter stöbern und noch mehr über die Pyramidenbahn oder das Rückenmark lernen. Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg beim Lernen!