Das motorische System des Gehirns setzt sich zusammen aus der Pyramidenbahn sowie den extrapyramidalen Bahnen. Innerhalb dieser Bahnen gelangen die Informationen u.a. aus dem Motorkortex zu den jeweiligen Muskelgruppen, um hier Bewegungen zu initiieren. Die somatosensiblen Informationen aus der Periphere werden dem Gehirn über die sensiblen aufsteigenden Bahnen vermittelt. Zu diesen gehören der Tractus spinothalamicus (Vorderseitenstang), die Hinterstrangbahn sowie der Tractus spinocerebellaris posterior und anterior (Kleinhirnseitenstrangbahnen).
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diese abbildung zeigt die orte des motorischen und sensorischen Systems des Gehirns

Bild: “Locations Spinal Fiber Tracts” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0


Motorisches System des Gehirns

Die motorischen Bahnen des Gehirns ziehen als Efferenzen über das Rückenmark zu den jeweiligen Motoneuronen der Muskulatur. Zu den Bahnen, die das motorische System umfassen, gehören der Tractus pyramidalis (Pyramidenbahn) sowie das extrapyramidale System.

das ist eine darstellung des kortikospinaltrakts

Bild: “Corticospinal Tract” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Aufbau des Tractus pyramidalis (Pyramidenbahn)

Die Pyramidenbahn kann noch in weitere drei Bahnen unterteilt werden. Zu diesen gehören die Fibrae corticospinales, die Fibrae corticonucleares bulbi und die Fibrae corticoreticulares. Der gemeinsame Ursprung dieser Faserbahnen liegt im primär motorischen Kortex des Telencenphalons.

Der primäre motorische Kortex wird verkürzt auch als Motorkortex bezeichnet und ist im Bereich des Gyrus praecentralis des Frontallappens lokalisiert. Die drei Bahnen der Pyramidenbahn weisen zwar den gleichen Ursprung auf, ziehen allerdings ihrem Namen entsprechend zu unterschiedlichen Zielgebieten.

Die Fibrae corticospinales ziehen durch die Capsula interna bis zum Rückenmark. Auf Höhe der Medulla oblongata kreuzen dabei 80 % der Fasern auf die kontralaterale Seite. Dieser Anteil der Fasern wird im Anschluss an die Kreuzung (Decussatio pyramidum) als Tractus corticospinalis lateralis bezeichnet. Die restlichen 20 % der Fasern verlaufen als Tractus corticospinalis anterior weiter und kreuzen im Verlauf auf die Gegenseite.

Beide Fasersysteme enden gemeinsam im Bereich des Rückenmarks an Interneuronen, welche mit den Motoneuronen des Rückenmarks in Verbindung stehen.

Die Fibrae corticonucleares bulbi haben ihren Ursprung in den Bereichen des prämotorischen Kortex, die nach dem motorischen Homunculus die Gesichtsregion repräsentieren. Von hier aus ziehen die Fasern weiter zu den motorischen Hirnnervenkernen der kontralateralen Seite, d.h. die Fasern kreuzen bereits auf der Hirnstammebene zur Gegenseite.

Allerdings existiert – neben der kontralateralen – bei einigen Hirnnervenkernen auch eine ipsilaterale Versorgung der Hirnnervenkerne, woraus eine bilaterale Innervation resultiert.

Diese bilaterale Innervation zeigt sich z.B. bei einer zentralen Fazialisparese. Bei dieser sind, im Gegensatz zu der peripheren Fazialisparese, der Lidschschluss und das Stirnrunzeln noch möglich, da die dafür verantwortlichen Kerngebiete auch durch die kontralaterale Seite versorgt werden.

Allerdings ist die Gesichtsmuskulatur unterhalb des Augenbereiches nicht bilateral versorgt, wodurch es auf der betroffenen Seite z.B. zu einer Minderbewegung des Mundes kommt. Diese Minderbewegung wird vor allem sichtbar, wenn man den Patienten auffordert zu lächeln.

Die Fibrae corticoreticularis ziehen innerhalb der Formatio reticularis zum Nucleus gigantoreticularis.

diese abbildung zeigt die nervenstraenge im pons

Bild: “Lower pons horizontal KB” von Marshall Strother. Lizenz: CC BY 3.0

Aufbau des extrapyramidalmotorischen Systems (EPMS)

Das extrapyramidalmotorische System besteht aus mehreren Bahnen, wobei der Ursprung dieser Bahnen in unterschiedlichen Kerngebieten des Gehirns liegt.

Zu den Bahnen, die dem extrapyramidalmotorischen System zugeordnet werden, gehören der Tractus rubrospinalis, der Tractus olivospinalis, der Tractus vestibulospinalis, der Tractus reticulospinalis und der Tractus tectospinalis.

Diese Bahnen enden gemeinsam an Interneuronen des Rückenmarks, wobei diese wiederum mit den α- und γ-Motoneuronen des Rückenmarks verbunden sind. Dadurch wirkt das extrapyramidalmotorische System über die Interneurone modulierend auf die genannten Motoneurone.

Symptome bei einer Schädigung der zentralen motorischen Bahnen

Die Symptome bei einer Schädigung der zentralen motorischen Bahnen sind zum einen davon abhängig, welche Bahnen von der Schädigung betroffen sind und zum anderen, auf welcher Höhe die Läsion vorliegt.

In Abhängigkeit davon, welches Bahnensystem betroffen ist, kann zwischen einer spastischen und einer schlaffen Lähmung differenziert werden. Eine komplette, spastische Lähmung (Plegie) entsteht bei einer Mitbeteiligung der extrapyramidalen Bahnen, wohingegen bei einer reinen Schädigung der Pyramidenbahn eine inkomplette, schlaffe Lähmung (Parese) vorliegt.

Durch die enge anatomische, als auch funktionelle Verbindung zwischen der Pyramidenbahn und dem extrapyramidalen System findet sich bei einem Großteil der zentral verursachten Lähmungen eine spastische Parese, wohingegen eine schlaffe Lähmung eher bei einer Schädigung des zweiten Motoneurons auf der Rückenmarksebene vorliegt.

Bedingt durch die Tatsache, dass die Faserbahnen (z.B. die Pyramidenbahn auf der Höhe der Medulla oblongata) auf die Gegenseite kreuzen, ist bei einer zentralen Schädigung dabei jeweils die kontralaterale Körperhälfte betroffen.

In Zusammenhang mit der Höhe der Schädigung kann u.a. zwischen rindennahen Läsionen, Läsionen im Bereich der Capsula interna, auf der Höhe der Crus cerebri, der Pons, der Pyramide, des Rückenmarks sowie auf der Höhe der peripheren Nerven differenziert werden.

Bei einer Schädigung des motorischen Systems im Bereich des Kortex kommt es zu Lähmungen der kontralateralen Körperhälfte, wobei vor allem der Gesichts- und Armbereich betroffen sind. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass sowohl die Arme als auch das Gesicht einen relativ großen Anteil im motorischen Kortex ausmachen. Diese verstärkte Repräsentation wird bildlich in Form des Homunculus dargestellt:

dies ist eine darstellung des homunculus

Bild: “Sensory Homunculus” von OpenStax College. Lizenz: CC BY 3.0

Da die Pyramidenbahn und das extrapyramidiale System im Bereich der Capsula interna einen gemeinsamen Verlauf aufweisen, kommt es bei einer Schädigung in diesem Bereich zu kontralateralen spastischen Hemiplegien. Die gleichen klinischen Symptome finden sich bei einer Schädigung im Bereich der Crus cerebri.

Bei einer Läsion im Bereich der Pons kann es sowohl zu kontralateralen als auch zu bilateralen Paresen kommen – in Abhängigkeit von der Ausdehnung der Läsion.

Im Bereich der Pyramide verlaufen die Fasern des extrapyramidalmotorischen Systems weiter dorsal, sodass es häufiger auch zu einer isolierten Schädigung der Pyramidenbahn kommen kann. Ist dies der Fall, resultiert daraus eine schlaffe Lähmung (s.o.).

Auf der Ebene des Rückenmarks sind die beiden Systeme, d.h. die Pyramidenbahn sowie das extrapyramidalmotorische System, eng miteinander verbunden, sodass bei einer Schädigung eine spastische Parese resultiert. Bedingt durch die Tatsache, dass die Fasern der beiden Systeme sich bereits gekreuzt haben, befindet sich die Parese auf der ipsilateralen Seite der Schädigung.

Bei einer Schädigung des zweiten Motoneurons auf der Höhe der peripheren Nerven resultiert eine ipsilaterale schlaffe Lähmung.

Sensorisches System des Gehirns

Innerhalb des sensorischen Systems werden unterschiedliche Sinneseindrücke aus der Peripherie mittels Rezeptoren wahrgenommen und anschließend an das Gehirn vermittelt. Die unterschiedlichen Qualitäten an Sinnesdrücken werden z.T. in eigenen Systemen bzw. Bahnen zusammengefasst.

Zu den vermittelten Qualitäten gehören z.B. Schmerz, Temperatur und das grobe Berührungsempfinden, wobei diese drei Qualitäten unter dem Begriff der protopathischen Sensibilität zusammengefasst werden. Ein weiteres System stellt das epikritische System dar, welches das feinere Berührungsempfinden im Bereich des Gesichts umfasst.

Eine zusätzliche Qualität, die durch das sensorische System vermittelt wird, stellt die Propriozeption (Tiefensensibilität) dar. Mittels der Propriozeption wird eine räumliche Wahrnehmung der eigenen Extremitäten gewährleistet.

Dazu erhält dieses System Informationen aus den Muskel- und Sehnenspindeln, um so Informationen über die Stellung der Gelenke sowie die Geschwindigkeit und Richtung von Bewegungen  zu erhalten. Zusätzlich wird die bei der Bewegung des Gelenks erzeugte Muskelkraft wahrgenommen und an das propriozeptive System vermittelt. Zusammengefasst werden diese drei Arten an Informationen folgendermaßen bezeichnet:

  • Stellungssinn
  • Bewegungssinn
  • Kraftsinn

Innerhalb des Systems der Propriozeption wird zwischen der unbewussten und der bewussten Propriozeption unterschieden. Beide Systeme werden in unterschiedlichen Zielgebieten umgeschaltet.

Die Informationen der unbewussten Propriozeption gelangen über die Kleinhirnseitenstrangbahnen zum Kleinhirn. Dem gegenübergestellt gelangen die Informationen der bewussten Propriozeption über die Hinterstrangbahnen und nach einer Umschaltung in deren Kernen weiter zum Thalamus, um hier an den somatosensorischen Kortex weitergeleitet zu werden und so ins Bewusstsein zu gelangen (s.u.).

Zu den Rezeptoren des somatosensorischen Systems gehören z.B. die Haut- und Gelenkrezeptoren. Die Rezeptoren stellen jeweils das erste Neuron der jeweiligen sensorischen Bahn dar.

Die oben genannten Qualitäten werden innerhalb des sensorischen Systems durch drei Bahnen vermittelt, die z.T. noch weiter unterteilt werden können. Zu diesen Bahnen gehören der Vorderseitenstrang, die Hinterstrangbahn sowie die Kleinhirnseitenstränge.

diese darstellung zeigt die sensorischen Bahnen des Rückenmarks

Bild: “Ascending Sensory Pathways of the Spinal Cord” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Bahnen und Verschaltungen des Vorderseitenstrangs

Der Vorderseitenstrang kann noch weiter unterteilt werden in den Tractus spinothalamicus anterior sowie den Tractus spinothalamicus lateralis. Dabei wird durch den Tractus spinothalamicus anterior das grobe Tast- und Berührungsempfinden vermittelt, wohingegen im Bereich des Tractus spinothalamicus lateralis die Informationen zum Schmerz- und Temperaturempfinden verlaufen.

Die Perikaryen des zweiten Neurons der beiden Bahnen befinden sich befinden sich beim Tractus spinothalamicus anterior im Hinterhorn und beim Tractus spinothalamicus lateralis innerhalb der Substantia gelatinosa des Rückenmarks.

Im Unterschied zum Tractus spinothalamicus lateralis liegt das zweite Neuron beim Tractus spinothalamicus anterior z.T. 15 Segmente ober- bzw. bis zu zwei Segmente unterhalb des ersten Neurons. Die Axone beider Bahnen kreuzen auf der Rückenmarksebene im Bereich der Commissura anterior auf die Gegenseite.

Der weitere Verlauf der beiden Bahnen ist ebenfalls identisch. Im Bereich des Nucleus ventralis posterolateralis des Thalamus erfolgt die Umschaltung auf das dritte Neuron, dessen Axone anschließend weiter zum Gyrus postcentralis ziehen.

Bahnen und Verschaltungen der Hinterstrangbahn

Die Hinterstrangbahn besteht aus dem Fasciculus gracilis und dem Fasciculus cuneatus. Beide vermitteln Informationen des feinen Tast- und Berührungsempfindens, u.a. auch des Vibrationsempfindens (vermittelt über die Vater-Pacini-Körperchen der Haut) sowie der bewussten Propriozeption.

In Zusammenhang mit der bewussten Propriozeption werden mittels des Fasciculus gracilis die Informationen der unteren Extremität und durch den Fasciculus cuneatus die der oberen Extremität vermittelt.

Die Axone des ersten Neurons ziehen innerhalb der Medulla oblongata zum gleichnamigen Kerngebiet, d.h. die Axone des Fasciculus gracilis zum Nucleus gracilis und die Axone des Fasciculus cuneatus zum Nucleus cuneatus. Das jeweilige Kerngebiet stellt dabei das zweite Neuron der Hinterstrangbahn dar.

Die Axone des zweiten Neurons kreuzen im Hirnstammbereich auf die Gegenseite und ziehen anschließend innerhalb des Lemniscus medialis weiter zum Nucleus ventralis posterolateralis des Thalamus. Hier erfolgt die Umschaltung auf das dritte Neuron und die Weiterleitung der vermittelten Informationen zum Gyrus postcentralis.

Merke: Die Hinterstrangbahn kreuzt erst auf der Hirnstammebene zur Gegenseite.

Bahnen und Verschaltungen der Kleinhirnseitenstränge

Innerhalb der Kleinhirnseitenstränge wird die Qualität der unbewussten Propriozeption vermittelt, wobei dies über den Tractus spinocerebellaris anterior sowie den Tractus spinocerebellaris posterior geschieht.

Der Tractus spinocerebellaris anterior kreuzt auf der Rückenmarksebene anteilig auf die kontralaterale Seite, wohingegen im Tractus spinocerebellaris posterior nur ungekreuzte Informationen weiter zum Kleinhirn verlaufen.

Das zweite Neuron befindet sich beim Tractus spinocerebellaris im mittleren Anteil der grauen Substanz des Rückenmarks, wohingegen das zweite Neuron des Tractus spinocerebellaris posterior im Nucleus thoracicus liegt. Der Nucleus thoracicus befindet sich im Bereich des Hinterhorns der grauen Substanz.

diese darstellung zeigt einen querschnitt des rueckenmarks

Bild: “Rückenmark – graue Substanz (Querschnitt)” von Polarlys. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Die Axone ziehen anschließend weiter zum Kleinhirn, wobei die Anteile des Tractus spinocerebellaris anterior die zuvor gekreuzt haben, vor dem Eintritt in das Kleinhirn wieder zurück auf die ipsilaterale Seite kreuzen. Bedingt durch diese Tatsache erhält das Kleinhirn durch die Kleinhirnseitenstränge nur Informationen aus dem ipsilateralen Rückenmark.

Die Informationen gelangen dabei jeweils über einen anderen Kleinhirnstiel zum Kleinhirn. Die Axone des Tractus spinocerebellaris anterior verlaufen über den Pedunculus cerebellaris superior und die des Tractus spinocerebellaris posterior über den Pedunculus cerebellaris inferior zum Vermis des Kleinhirns (Kleinhirnwurm).

Merke: Bei den Kleinhirnseitenstrangbahnen existiert kein drittes Neuron.

Symptomatik bei einer Schädigung des sensorischen Systems

Die Symptomatik bei Schädigung des sensorischen Systems ist vergleichbar mit dem motorischen System abhängig von der betroffenen Faserbahn und deren Verlauf.

Bei kortikalen oder subkortikalen Läsionen resultieren Parästhesien z.B. in Form von Kribbel- und Taubheitsgefühlen, die auf der kontralateralen Körperhälfte auftreten und oft distal betont sind.

Liegt eine Schädigung des Thalamus vor, bzw. eine subthalamische Läsion, gelangen die Informationen des sensorischen Systems nicht mehr in das Bewusstsein, woraus eine Aufhebung der sensiblen Wahrnehmung der kontralateralen Körperhälfte resultiert.

Bei einer Schädigung von einer der drei Bahnen der sensorischen Bahnen resultieren je nach Verlauf und der vermittelten Qualitäten der Bahn andere Symptome, wobei die über die Kleinhirnseitenstränge vermittelten unbewussten Informationen eine Ausnahme darstellen und zu sensomotorischen Ausfällen führen.

Ausfall des Vorderseitenstrangs

Bei einer kompletten Schädigung des Vorderseitenstrangs kommt es zu einem Verlust des groben Tast- und Berührungsempfindens (Tractus spinothalamicus anterior) sowie einem Verlust der Wahrnehmung von Schmerz- und Temperatur (Tractus spinothalamicus lateralis). Dieser Ausfall tritt auf der kontralateralen Seite auf, da die beiden Faserbahnsysteme des Vorderseitenstrangs auf der Rückenmarkebene zur Gegenseite kreuzen.

Neben einer kompletten Schädigung kann es zu einem isolierten Ausfall eines Faserbahnsystems kommen, d.h., dass nur die jeweils vermittelte Qualität auf der kontralateralen Seite ausfällt.

Ausfall der Hinterstrangbahn

Bei einer Läsion der Hinterstränge sind die Propriozeption sowie das feine Tast- und Berührungsempfinden auf der ipsilateralen Seite betroffen. Die ipsilaterale Symptomatik erklärt sich durch die Tatsache, dass die Fasern des Hinterstrangs erst auf der Hirnstammebene zur Gegenseite kreuzen.

Mögliche Ursachen für eine Schädigung sind z.B. ein Vitamin B12-Mangel, wie er im Rahmen einer Alkoholsucht auftreten kann. Dieses Krankheitsbild wird als funikuläre Myelose bezeichnet, wobei neben dem Hinterstrang auch der Seitenstrang mitbetroffen ist.

Beliebte Prüfungsfragen zum motorischen und sensorischen System des Gehirns

Die Lösungen zu den Fragen befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. Welche Aussage zur Pyramidenbahn trifft nicht zu?
  1. Die Pyramidenbahn setzt sich zusammen aus den Fibrae corticospinales, den Fibrae corticonuclearis bulbi sowie den Fibrae corticoreticularis.
  2. Die Pyramidenbahn wird dem motorischen System zugerechnet.
  3. Im Verlauf kreuzen 100 % der Fasern auf die Gegenseite.
  4. Die motorischen Hirnnervenkerne erhalten z.T. eine Doppelinnervation.
  5. Bei Schädigung der Pyramidenbahn treten die motorischen Ausfälle ipsilateral auf.
2. Welche Aussage zum sensorischen System trifft nicht zu?
  1. Innerhalb des sensorischen Systems kann zwischen dem Vorderseitenstrang, dem Hinterstrang und den Kleinhirnseitensträngen differenziert werden.
  2. Mit dem Begriff der protopathischen Sensibilität werden das Schmerz-, Temperatur- sowie das grobe Berührungsempfinden erfasst.
  3. Das epikritische System vermittelt das feinere Berührungsempfinden im Bereich des Gesichts.
  4. Die Qualität der unbewussten Propriozeption gelangt über den Thalamus zum somatosensorischen Kortex.
  5. Die Fasern der Kleinhirnseitenstränge vermitteln Informationen nur aus dem ispilateralen Rückenmark an das Kleinhirn.
3. Welche Aussage zu den Schädigungen des sensorischen Systems trifft zu?
  1. Bei einer Schädigung im Bereich des Thalamus resultiert eine komplette Aufhebung der bewussten sensiblen Wahrnehmung auf der ipsilateralen Körperhälfte.
  2. Bei einem Ausfall der Tractus spinothalamicus anterior kommt es zu einem Verlust des Schmerz- und Temperaturempfindens.
  3. Durch eine Schädigung des Vorderseitenstrangs kommt es zu sensiblen Ausfällen auf der ipsilateralen Körperhälfte.
  4. Bei einem Ausfall der Hinterstrangbahn resultiert ein Verlust der Wahrnehmung des groben Tast- und Berührungsempfindens.
  5. Bei einer Schädigung der Hinterstrangbahn auf der Rückenmarksebene befinden sich die sensiblen Ausfälle auf der ipsilateralen Körperhälfte.

Quellen

Last minute Anatomie, F. Rengier, C. Jaschinski, H. Holtmann – Elsevier

MEDI-LEARN Anatomie 3, ZNS Teil 2, 3. Auflage, A. Martin – MEDI-LEARN

Neurologie, 12. Auflage, W. Gehlen, H.-W. Delank – Thieme

Physiologie, 6. Auflage, R. Klinke, H.-C. Pape, A. Kurtz, S. Silbernagl – Thieme

Prometheus, Kopf und Neuroanatomie, M. Schünke u.a. – Thieme

Taschenlehrbuch Anatomie, J. Kirsch u.a. – Thieme

Lösungen zu den Fragen: 1E, 2D, 3E



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