Cortex cinguli (Gürtelrinde): Bewertung, Körperzustand und zielgerichtetes Handeln

Auf einen Blick

• Gyrus cinguli (Gürtelwindung) bezeichnet die sichtbare Windung; Cortex cinguli (Gürtelrinde) deren graue Rindensubstanz. [1]
• Die Vier-Regionen-Einteilung unterscheidet ACC, MCC, PCC und retrosplenialen Cortex; der MCC umfasst einen vorderen und einen hinteren Anteil. [2] [6] [9]
• Das Cingulum ist ein darunter verlaufendes Bündel weißer Substanz mit wechselnder Faserzusammensetzung. [3]

Gyrus cinguli (Gürtelwindung): Lage an der Innenseite

Der Blick auf die mediale Hemisphärenfläche zeigt einen Bogen über dem Corpus callosum (Balken). Diesen Bogen bildet der Gyrus cinguli (Gürtelwindung). Der Balken besteht aus quer verlaufenden Nervenfasern zwischen den Hemisphären; die darüberliegende Windung trägt Rindengewebe. Im Bild lässt sich damit zuerst der helle Balken und anschließend die gefaltete Rinde darüber verfolgen. [1]

Der Sulcus corporis callosi (Balkenfurche) verläuft an der unteren Grenze der Windung. Weiter oben liegt der Sulcus cinguli (Gürtelfurche). Beide Furchen helfen, den Rindenstreifen an der Oberfläche zu lokalisieren. Sein vorderer Abschnitt zieht um das Genu corporis callosi (Balkenknie), der hintere liegt am Splenium corporis callosi (Balkenwulst). [1]

ACC, MCC, PCC und retrosplenialer Cortex

Die regionale Einteilung folgt Unterschieden von Zellaufbau und Verbindungen. Der anterior cingulate cortex, ACC (vorderer cingulärer Cortex), liegt um den vorderen Balkenabschnitt. Der midcingulate cortex, MCC (mittlerer cingulärer Cortex), erstreckt sich weiter nach hinten über dem Balkenkörper. Er gliedert sich in aMCC (vorderer MCC) und pMCC (hinterer MCC). In dieser Einteilung ist der MCC eine eigene Region. [2] [6]

Am hinteren Bogen schließen der posterior cingulate cortex, PCC (hinterer cingulärer Cortex), und der retrosplenial cortex, RSC (retrosplenialer Cortex), an. Der RSC liegt unmittelbar hinter beziehungsweise unter dem Balkenwulst. Die Namen der Abschnitte geben damit zugleich eine räumliche Orientierung auf der medialen Hirnfläche. [4] [9]

Ältere und funktionell orientierte Veröffentlichungen verwenden für Teile dieses Gebiets häufig die Bezeichnung dACC, dorsal anterior cingulate cortex. Beim Lesen einer Studie helfen deshalb die abgebildeten Messorte, Koordinaten und das verwendete Einteilungsschema. So lässt sich feststellen, welcher Rindenabschnitt tatsächlich untersucht wurde. [2]

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Rindenfelder unterscheiden sich im mikroskopischen Aufbau

Die Zytoarchitektur beschreibt Größe, Form und Verteilung der Nervenzellen in den Rindenschichten. Zwischen cingulären Teilgebieten verändern sich diese Merkmale und die Ausstattung mit Rezeptoren. Das verbindet die makroskopische Lagekarte mit dem Gewebe: Zwei benachbarte Stellen können ähnliche Windungsformen zeigen und zugleich unterschiedliche Anschlüsse und Zellpopulationen besitzen. [2]

Für die cingulären motorischen Areale sind Projektionsneurone in tieferen Schichten bedeutsam. Im hinteren MCC liegen besonders große Nervenzellen der Schicht Vb mit absteigenden Verbindungen. Der vordere MCC ist stärker mit der Auswahl einer Handlung nach ihren erwarteten Folgen verknüpft. Die regionale Ordnung wird dadurch auch im Aufbau der Ausgangswege sichtbar. [2]

Cingulum (Gürtelbündel): die weiße Substanz darunter

Unter der cingulären Rinde verläuft das Cingulum, ein langes Assoziationsfaserbündel. Es verbindet frontale, parietale und mediale temporale Gebiete und nimmt auch Fasern aus tieferen Kerngebieten auf. Entlang seines Verlaufs treten Fasergruppen ein und aus. Jeder Abschnitt enthält deshalb eine andere Mischung aus Verbindungen. [3]

Im oberen Verlauf sind Verbindungen mit Kontroll-, Gefühls- und schmerzbezogenen Netzwerken bedeutsam. Der nach medial temporal ziehende Anteil steht stärker mit episodischen Gedächtnisfunktionen in Beziehung. Um die Wirkung einer Schädigung zu verstehen, werden daher der betroffene Bündelabschnitt und seine Zielgebiete betrachtet. [3]

Eine Schnittansicht ergänzt hier den Blick auf die Oberfläche: außen liegt der Zellverband der Rinde, darunter liegen myelinisierte Axone. Die Fasern tragen Signale zu anderen Gebieten, während die Rinde Informationen in örtlichen Schaltungen verarbeitet. Die Verbindung beider Gewebeebenen macht aus einem anatomischen Rindenstreifen einen Teil größerer Arbeitsnetze. [3]

Bedeutsame Reize und die Verbindung zur Insula

Ein plötzliches Geräusch, eine unerwartete Rückmeldung oder eine Veränderung im Körper kann Aufmerksamkeit beanspruchen. Als Salienz wird die Bedeutsamkeit eines Reizes für die aktuelle Situation bezeichnet. Untersuchungen funktioneller Netzwerke bringen dorsale cinguläre Gebiete mit frontoinsulären Rindenbereichen in Verbindung. [5]

Seeley und Kollegen beschrieben 2007 anhand von Ruhezustands-fMRT ein solches Salienznetzwerk. Grundlage waren zusammenhängende zeitliche Schwankungen der Bildgebungssignale. Die Analyse ordnete zugleich ein frontoparietales Kontrollnetzwerk ab. Diese funktionelle Perspektive ergänzt anatomische Untersuchungen der tatsächlichen Faserverbindungen. [5]

aMCC: bewerten, Aufwand berücksichtigen, handeln

Handlungen benötigen eine Auswahl zwischen Möglichkeiten. Eine verfügbare Belohnung, der erwartete Aufwand und der aktuelle Körperzustand tragen dazu bei. Ein integratives Modell ordnet dem aMCC eine Rolle beim Zusammenführen solcher Informationen für ausdauerndes zielgerichtetes Verhalten zu. Seine Verbindungen zu Aufmerksamkeits-, Bewegungs- und körperbezogenen Systemen bilden dafür den anatomischen Bezug. [10]

Das Expected-Value-of-Control-Modell beschreibt die Zuteilung kognitiver Kontrolle als Abwägung: Welches Ergebnis ist bei welchem Kontrollaufwand erreichbar, und wie aufwendig ist dieser Einsatz? Es handelt sich um ein theoretisches Modell. Bei einer schwierigen Rechenaufgabe kann etwa genaueres Prüfen die Erfolgsaussicht erhöhen und zugleich mehr Zeit und geistige Arbeit erfordern. [7]

Ein alltagsnahes Beispiel ist das Beantworten einer wichtigen Nachricht. Du hältst das Ziel im Blick, wählst passende Informationen aus und entscheidest über den nächsten Satz. Währenddessen geben gelöste Teilfragen und neue Schwierigkeiten Rückmeldung. Das verbindet Bewertung mit einer Folge konkreter Handlungen.

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Körperreaktionen, Schmerz und kognitive Kontrolle

Bei schmerzhaften Reizen, unangenehmen Gefühlen und anspruchsvollen Kontrollaufgaben zeigen bildgebende Untersuchungen überlappende Aktivierungen im aMCC. Die gemeinsame Lokalisation passt zu einer Beteiligung an der Auswahl situationsgerechter Reaktionen. Dazu gehören die Bedeutung des Reizes, erwartete Folgen und die Vorbereitung einer Handlung. [6]

Die Auswertung einer solchen Aktivierung beginnt mit der Aufgabe im Experiment: Ein Hitzereiz stellt andere Anforderungen als eine Entscheidung zwischen Antwortmöglichkeiten. Zusammen mit Verhaltensdaten und Körpermessungen wird erkennbar, welche Vorgänge während der gemessenen Aktivität stattfanden. Dieser Aufgabenbezug hilft, die Rolle der Region im jeweiligen Netzwerk einzuordnen. [6]

Direkte Stimulation und erlebte Entschlossenheit

2013 wurde bei zwei Menschen mit klinisch implantierten Epilepsieelektroden der aMCC elektrisch stimuliert. Beide berichteten eine bevorstehende Herausforderung und zugleich Entschlossenheit, sie zu bewältigen. Dazu kamen körperliche Empfindungen und Herzfrequenzänderungen. Wiederholungen und Scheindurchgänge gehörten zur Untersuchung. Der Befund verbindet einen genau verorteten Eingriff mit subjektivem Erleben und vegetativen Reaktionen. [8]

PCC und RSC: Erinnerung und innerer Aufmerksamkeitsfokus

Der PCC ist ein stark vernetzter Teil des Default-Mode-Netzwerks. Er wird unter anderem beim Abrufen autobiografischer Erinnerungen und beim Vorstellen zukünftiger Ereignisse untersucht. Innerhalb des PCC unterscheiden sich dorsale und ventrale Anteile in ihren Netzwerkbeziehungen. Aufmerksamkeit, Wachheitszustand und die Ausrichtung auf innere oder äußere Informationen verändern die jeweiligen Aktivitätsmuster. [9]

Hippocampale und parahippocampale Gebiete stehen über mehrere Wege mit dem Zwischenhirn und cingulären Regionen in Verbindung. Zum subkortikalen Weg gehören Fornix, Corpora mamillaria (Mammillarkörper) und vordere Thalamuskerne. Ein weiterer kortikaler Weg führt über retrospleniale Gebiete. Die zahlreichen wechselseitigen Anschlüsse bilden miteinander gekoppelte Gedächtnisnetze. [4]

Beim Erinnern an einen vertrauten Weg kommen räumliche Beziehungen, eine frühere Erfahrung und das aktuelle Ziel zusammen. Die anatomischen Verbindungen erklären, weshalb Gedächtnisleistungen mehrere mediale temporale, thalamische und cinguläre Gebiete einbeziehen. Solche Aufgaben verknüpfen den gespeicherten Zusammenhang mit einer gegenwärtigen Orientierung. [4] [9]

Ein Beispiel für veränderliche Rindenstruktur

Eine randomisierte Studie von 2020 untersuchte zwölf Wochen moderates Lauftraining bei Jugendlichen von 12 bis 14 Jahren mit unterschwelligen Stimmungssymptomen. Für 39 Personen lagen vollständige MRT-Daten vor. Gegenüber der Psychoedukationsgruppe nahmen das Volumen grauer Substanz im linken rostralen ACC und die Rindendicke im rechten rostralen ACC zu. Der Befund ist an diese Region, Altersgruppe und Intervention gebunden. [11]

Medizinische Bezeichnungen in diesem Kapitel

• Cortex cinguli (Gürtelrinde)
• Gyrus cinguli (Gürtelwindung)
• Sulcus cinguli (Gürtelfurche)
• Corpus callosum (Balken)
• Genu corporis callosi (Balkenknie)
• Splenium corporis callosi (Balkenwulst)
• Cingulum (Gürtelbündel)
• Cortex retrosplenialis (retrosplenialer Cortex)
• Insula (Inselrinde)
• Corpora mamillaria (Mammillarkörper)

Die verbundenen Grundlagen

Die Gehirnübersicht ordnet die mediale Fläche in den Gesamtaufbau ein. Im Hippocampus und Thalamus lassen sich Gedächtnisverbindungen weiterverfolgen. Das autonome Nervensystem verbindet zentrale Verarbeitung mit Organreaktionen. Die synaptische Übertragung erklärt die zellulären Kontakte und Rezeptorwirkungen.