Der Okzipitallappen

Der Okzipitallappen
Autor: Arvid Leyh

Der Hinterhaupts– oder Okzipitallappen ist eine der meist beforschten Strukturen des Gehirns. Das liegt zum einen an seinen relativ überschaubaren Zugängen. Weiter an seiner vergleichsweise übersichtlichen Organisation. Und nicht zuletzt an seinem sehr spezialisierten Aufgabengebiet: Hier dreht sich alles ums Sehen.

Wissenschaftliche Betreuung: Herbert Schwegler

Veröffentlicht: 23.09.2011

Das Wichtigste in Kürze

Der Occipitallappen ist für die Verarbeitung visueller Eindrücke verantwortlich. Dabei wird im primären visuellen Cortex eine Grundlage geschaffen, indem jeder Punkt des Gesichtsfeldes nach Linien und Kanten, Bewegung und Farbe durchleuchtet wird. Die Felder der sekundären Sehrinde erarbeiten anhand dieser Information komplexere Wahrnehmungen wie Raum, Farbe, Bewegung bis hin zu sehr spezifischen Objekten. Diese komplexe Verarbeitung zeigt auf beeindruckende Weise, wie das Gehirn Signale der Außenwelt verarbeitet.

Okzipitallappen

Okzipitallappen/Lobus occipitalis/occipital lobe

Einer der vier großen Lappen der Großhirnrinde. Der Okzipital– oder Hinterhauptslappen liegt über dem Kleinhirn. Nach vorne grenzt er an den Scheitel– sowie an den Schläfenlappen an. Der Sulcus calcarinus unterteilt den Okzipitallappen in eine obere und eine untere Hälfte, den Cuneus und den Gyrus lingualis. Funktional findet in diesem Bereich des Gehirns die zentrale Verarbeitung visueller Informationen statt — sowohl die primäre als auch die sekundäre Sehrinde haben ihren Sitz im Okzipitallappen.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.


Der primäre visuelle Cortex

Der Okzipitallappen lässt sich grob in zwei Bereiche einteilen: den primären visuellen Cortex, kurz V1, und die visuellen Assoziationscortices V2 bis V5. V1 entspricht der Brodmann Area 17; und da diese einen sogar für das bloße Auge sichtbaren Streifen aufweist, wird sie auch Area striata genannt. Sie liegt größtenteils an der medialen, der nach innen gewandten Seite der Hemisphären und bildet so die Wand des Sulcus calcarinus.

Eingehende Nervenimpulse, so genannte Afferenzen erhält V1 über die Sehstrahlung vom Corpus geniculatum laterale (kurz CGL, ein Teil des Thalamus), wobei deren 1,5 Millionen Fasern nun stattliche 200 Millionen Cortex-​Neurone gegenüberstehen. Das klingt ein wenig nach Bürokratie, ist aber vielmehr Notwendigkeit der komplexen Verarbeitung, wie sich noch zeigen wird.

Die primäre Sehrinde ist retinotop geordnet. Das bedeutet: Jeder Punkt auf der Netzhaut entspricht einem ganz bestimmten kleinen corticalen Gebiet, Nachbarschaften bleiben erhalten. Bei der Abbildung des Gesehenen nimmt der Ort des schärfsten Sehens, die Fovea – die auf der Netzhaut nur 1,5 Millimeter Durchmesser hat – vier Fünftel von V1 in Anspruch. Das spiegelt die Verschaltung der Netzhaut wieder, denn in der Fovea kommt eine Ganglienzelle auf einen Photorezeptor, oder einfacher gesagt: ist die „Auflösung“ besonders hoch. Beides sorgt dafür, dass was wir aktuell fokussieren, bestmöglich verarbeitet wird.

Okzipitallappen

Okzipitallappen/Lobus occipitalis/occipital lobe

Einer der vier großen Lappen der Großhirnrinde. Der Okzipital– oder Hinterhauptslappen liegt über dem Kleinhirn. Nach vorne grenzt er an den Scheitel– sowie an den Schläfenlappen an. Der Sulcus calcarinus unterteilt den Okzipitallappen in eine obere und eine untere Hälfte, den Cuneus und den Gyrus lingualis. Funktional findet in diesem Bereich des Gehirns die zentrale Verarbeitung visueller Informationen statt — sowohl die primäre als auch die sekundäre Sehrinde haben ihren Sitz im Okzipitallappen.

Visuelle Assoziationscortices

Visuelle Assoziationsareale/Area peristriata/visual association cortex

Als visuelle Assoziationscortices werden die Bereiche bezeichnet, die nicht der primären visuellen Verarbeitung dienen, aber doch stark an der visuellen Wahrnehmung beteiligt sind. Siehe auch Was– und Wo-​Bahn.

Primärer visueller Cortex

Primäre Sehrinde/Area striata/primary visual cortex

Der Teil des Okzipitallappens (Hinterhauptslappen) dessen primäre Eingänge dem visuellen System entstammen. Nach Brodmann, der die Großhirnrinde im Jahre 1909 ursprünglich in 52 Areale unterteilte, ist der primäre visuelle Cortex Areal 17.

Auge

Augapfel/Bulbus oculi/eye bulb

Das Auge ist das Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Lichtreizen – von elektromagnetischer Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches. Das für den Menschen sichtbare Licht liegt im Bereich zwischen 380 und 780 Nanometer.

Sehstrahlung

Sehstrahlung/Radiatio optica/optic radiation

Die Sehstrahlung – nach ihrem Entdecker auch Gratiolet-​Sehstrahlung – verteilt die visuellen Impulse vom Corpus geniculatum laterale auf den vergleichsweise sehr großen primären visuellen Cortex.

Corpus geniculatum laterale

Seitlicher Kniehöcker/Corpus geniculatum laterale/lateral geniculate body

Das Corpus geniculatum laterale (seitlicher Kniehöcker) ist derjenige Abschnitt des Thalamus (größter Teil des Zwischenhirns), in dem rund 90% der Axone des Sehnervs enden. Es zeigt eine charakteristische Schichtung in sechs Zelllagen, getrennt von den eingehenden Fasern der Sehnerven. Die Nervenzellen des Corpus geniculatum laterale senden ihre Fortsätze zur Sehrinde. Gemeinsam mit dem Corpus geniculatum mediale bildet es den Metathalamus.

Netzhaut

Netzhaut/Retina/retina

Die Netzhaut oder Retina ist die innere mit Pigmentepithel besetzte Augenhaut. Die Retina zeichnet sich durch eine inverse (umgekehrte) Anordnung aus: Licht muss erst mehrere Schichten durchdringen, bevor es auf die Fotorezeptoren (Zapfen und Stäbchen) trifft. Die Signale der Fotorezeptoren werden über den Sehnerv in verarbeitende Areale des Gehirns weitergeleitet. Grund für die inverse Anordnung ist die entwicklungsgeschichtliche Entstehung der Netzhaut, es handelt sich um eine Ausstülpung des Gehirns.
Die Netzhaut ist ca 0,2 bis 0,5 mm dick.

Ganglienzelle

Ganglienzelle/-/ganglion cell

Die Ganglienzelle bündelt in der Netzhaut die Signale der Fotorezeptoren und leitet sie über ihre Axone (lange, faserartige Fortsätze einer Nervenzelle) weiter. Die Gesamtheit dieser Axone bildet den Sehnerv.

Analyse auf Zellebene

Wie der gesamte Isocortex, wird auch die primäre Sehrinde in sechs Laminae – Schichten – eingeteilt, wobei die Komplexität im Vergleich zum restlichen Cortex deutlich höher ist. Die einzelnen Schichten unterscheiden sich in Aufbau und Funktion, sind jedoch untereinander stark vernetzt.

Besonders interessant für sensorische Areale allgemein ist Schicht IV, die Afferenzen sensorischer Neurone erhält. Sie ist in der primären Sehrinde besonders dick und wird daher zusätzlich unterteilt in A, B und C, letztere noch einmal in α und β. Zwei Beispiele der Vernetzung mögen hier genügen: Die Zellen der Schicht 4Cα erhalten hauptsächlich Input durch die magnozellulären – also primär mit der Bewegung von Objekten befassten – Fasern des CGL, und projizieren ihrerseits an 4B. Die parvozellulären, eher objekt– und musterorientierten Fasern enden vor allem in 4Cβ, deren Zellen wiederum in die Schichten 2 und 3 projizieren. Dies ist bereits der Beginn der corticalen Was– und Wo-​Bahnen der visuellen Verarbeitung.

Neben diesem horizontalen Aufbau gibt es auch einen vertikalen, dessen funktionale Einheiten Mitte der 1950er Jahre von Vernon Mountcastle (*1918) als „Säulen“ bezeichnet wurden. Nur am Rand: Der Nobelpreisträger David Hubel (*1926), der in der Erforschung des visuellen Systems maßgebliche Arbeit geleistet hat, würde sie eher mit Brotscheiben vergleichen. Diese Säulen von Mountcastle bauen aufeinander auf: Mehrere Orientierungssäulen – in denen so genannte „einfache Zellen“ die Ausrichtung einer Linie zwischen 0 und 180 Grad erfassen – bilden gemeinsam eine Augendominanzsäule. Deren Struktur und Verteilung an der Fläche des Cortex zu durchschauen, erwies sich als recht schwierig – vergleichbar dem Versuch, einen Rasen mit einer Nagelschere zu schneiden, wie David Hubel später schrieb. Denn tatsächlich sind diese „Augendominanzsäulen“ nicht etwa nach rechts und links abwechselnd verteilt, sondern überlappen sich durch horizontale und diagonale Verbindungen und werden so an den Grenzen unscharf. Heute fasst man jeweils eine rechte und eine linke Augendominanzsäule zu einer „Hypersäule“ zusammen, die jeweils einen kleinen Abschnitt der Außenwelt abbildet. Dieser komplexe Aufbau ist einer der Gründe für die enorme Zahl reizverarbeitender Zellen in V1.

Von oben hinein in diese Orientierungs– und Augendominanzsäulen senken sich die „Blobs“, die sich erst über eine spezielle Färbetechnik erkennen lassen. Sie sind mit der Verarbeitung von Farbe beschäftigt. Der Name stammt vom englischen – Kleckse – und David Hubel begründet die Bezeichnung später so: „Wir nennen sie ‚Blobs‘, weil dieser Begriff sowohl anschaulich als auch einwandfrei ist … und weil er unsere Konkurrenz zu ärgern scheint.“

Blobs haben einen Durchmesser von einem Viertel Millimeter, in dem sich fünf oder sechs Neurone ableiten lassen. Diese Neurone sind in ihrem Verhalten oft doppelt komplex: Sie reagieren zum Beispiel auf Rot im Zentrum mit Erregung und auf zentrales Grün mit Hemmung. Umgekehrt verhält es sich im Umfeld. Blobs haben keinerlei Orientierungsspezifität, im Gegensatz zum Bereich dazwischen – den Interblobs. Doch lässt sich die Größe ihres Aufgabengebietes errechnen: Ca. 200 unterschiedliche Farbtöné in ungefähr 500 Helligkeitsschritten und mindestens 26 Sättigungsstufen ergeben über 2,5 Millionen Möglichkeiten.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Primärer visueller Cortex

Primäre Sehrinde/Area striata/primary visual cortex

Der Teil des Okzipitallappens (Hinterhauptslappen) dessen primäre Eingänge dem visuellen System entstammen. Nach Brodmann, der die Großhirnrinde im Jahre 1909 ursprünglich in 52 Areale unterteilte, ist der primäre visuelle Cortex Areal 17.

Hemmung

Hemmung/-/inhibition

Die neuronale Inhibition, oder auch Hemmung umschreibt das Phänomen, dass ein Senderneuron einen Impuls zum Empfängerneuron sendet, der bei diesem dazu führt, dass seine Aktivität herabgesetzt wird. Der wichtigste hemmende Botenstoff ist GABA.

Visuelle Assoziationscortices

Umrahmt wird der primäre visuelle Cortex von mehreren visuellen Assoziationsgebieten. Die klassische sekundäre Sehrinde besteht aus V2 und V3 (nach Brodmann Area 18 und 19), deren Eingänge vor allem von V1 stammen. Dabei projiziert diese primäre auf die sekundäre Sehrinde Punkt für Punkt in geordneter Weise. Die sekundäre Verarbeitung breitet sich in weitere Areale aus, während gleichzeitig diese höheren Verarbeitungsgebiete Feedback zurücksenden.

Insgesamt setzen sich so die magno– und parvozelluläre Bahn über den Okzipitallappen hinaus weiter fort – Richtung Parietallappen als magnozelluläre Wo-​Bahn, Richtung Temporallappen als parvozelluläre Was-​Bahn. Auf beiden Bahnen werden Farbe, Form, Bewegung und Raum zunehmend feiner ausgearbeitet, teils auch in Gebieten mit sehr hoher Spezialisierung. Zum Beispiel für die Wahrnehmung von Gesichtern oder die Unterscheidung von Vertrautem und Unbekanntem.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Visuelle Assoziationscortices

Visuelle Assoziationsareale/Area peristriata/visual association cortex

Als visuelle Assoziationscortices werden die Bereiche bezeichnet, die nicht der primären visuellen Verarbeitung dienen, aber doch stark an der visuellen Wahrnehmung beteiligt sind. Siehe auch Was– und Wo-​Bahn.

Primärer visueller Cortex

Primäre Sehrinde/Area striata/primary visual cortex

Der Teil des Okzipitallappens (Hinterhauptslappen) dessen primäre Eingänge dem visuellen System entstammen. Nach Brodmann, der die Großhirnrinde im Jahre 1909 ursprünglich in 52 Areale unterteilte, ist der primäre visuelle Cortex Areal 17.

Okzipitallappen

Okzipitallappen/Lobus occipitalis/occipital lobe

Einer der vier großen Lappen der Großhirnrinde. Der Okzipital– oder Hinterhauptslappen liegt über dem Kleinhirn. Nach vorne grenzt er an den Scheitel– sowie an den Schläfenlappen an. Der Sulcus calcarinus unterteilt den Okzipitallappen in eine obere und eine untere Hälfte, den Cuneus und den Gyrus lingualis. Funktional findet in diesem Bereich des Gehirns die zentrale Verarbeitung visueller Informationen statt — sowohl die primäre als auch die sekundäre Sehrinde haben ihren Sitz im Okzipitallappen.

Parietallappen

Parietallappen/Lobus parietalis/parietal lobe

Wird auch Scheitellappen genannt und ist einer der vier großen Lappen der Großhirnrinde. Er liegt hinter dem Frontal– und oberhalb des Occipitallappens. In seinem vorderen Bereich finden somatosensorische Prozesse statt, im hinteren werden sensorische Informationen integriert, wodurch eine Handhabung von Objekten und die Orientierung im Raum ermöglicht werden.

Temporallappen

Temporallappen/Lobus temporalis/temporal lobe

Der Temporallappen ist einer der vier großen Lappen des Großhirns. Auf Höhe der Ohren gelegen erfüllt er zahlreiche Aufgaben – zum Temporallappen gehören der auditive Cortex genauso wie der Hippocampus und das Wernicke-​Sprachzentrum.

Wahrnehmung

Wahrnehmung/Perceptio/perception

Der Begriff beschreibt den komplexen Prozess der Informationsgewinnung und –verarbeitung von Reizen aus der Umwelt sowie von inneren Zuständen eines Lebewesens. Das Gehirn kombiniert die Informationen, die teils bewusst und teils unbewusst wahrgenommen werden, zu einem subjektiv sinnvollen Gesamteindruck. Wenn die Daten, die es von den Sinnesorganen erhält, hierfür nicht ausreichen, ergänzt es diese mit Erfahrungswerten. Dies kann zu Fehlinterpretationen führen und erklärt, warum wir optischen Täuschungen erliegen oder auf Zaubertricks hereinfallen.

Ausfälle

Läsionen im primären visuellen Cortex verhindern die Verarbeitung entsprechender Impulse an der betroffenen Stelle. Auf diese Weise entstehen Ausfälle im Gesichtsfeld – im schlimmsten Fall, bei einer kompletten Zerstörung von V1, ist eine so genannte Rindenblindheit die Folge: Obwohl Netzhaut und Sehbahn intakt sind, ist der Patient völlig blind.

Ausfälle in der sekundären Sehrinde führen nicht zu Gesichtsfeldausfällen. Vielmehr sind die Patienten nicht mehr in der Lage, das Gesehene zuzuordnen oder zu erkennen. Das kann Farben, Formen oder auch Gesichter betreffen. In diesem Fall spricht man von visueller Agnosie. Synästhesie und visuelle Halluzinationen scheinen ebenfalls auf Störungen des sekundären visuellen Cortex zurückzugehen.

Läsion

Läsion/-/lesion

Eine Läsion ist eine Schädigung organischen Gewebes durch Verletzung.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Gesichtsfeld

Gesichtsfeld /-/field of view

Der Bereich der Außenwelt, der bei ruhiger Kopfhaltung und geradem Blick wahrgenommen werden kann. Beim Menschen beträgt er in der Horizontalen ca. 180°, in der Vertikalen ca. 60°. Hasen erreichen durch ihre seitlich gestellten Augen 360°, wobei das binokulare Gesichtsfeld – also die Schnittmenge beider Augen – nur 30° umfasst.

Rindenblindheit

Rindenblindheit/-/cortical blindness

Bei Zerstörung des primären visuellen Cortex sind Betroffene de fakto blind. Unbewusst sind sie jedoch oft in der Lage, Objekte zu greifen, zu fangen und auch zu benennen, wenn sie aufgefordert werden zu raten. Dieser Effekt wird als Blindsehen bezeichnet.

Netzhaut

Netzhaut/Retina/retina

Die Netzhaut oder Retina ist die innere mit Pigmentepithel besetzte Augenhaut. Die Retina zeichnet sich durch eine inverse (umgekehrte) Anordnung aus: Licht muss erst mehrere Schichten durchdringen, bevor es auf die Fotorezeptoren (Zapfen und Stäbchen) trifft. Die Signale der Fotorezeptoren werden über den Sehnerv in verarbeitende Areale des Gehirns weitergeleitet. Grund für die inverse Anordnung ist die entwicklungsgeschichtliche Entstehung der Netzhaut, es handelt sich um eine Ausstülpung des Gehirns.
Die Netzhaut ist ca 0,2 bis 0,5 mm dick.

Sehbahn

Sehbahn/-/visual pathway

Als Sehbahn wird die Verschaltung der an der visuellen Wahrnehmung beteiligten Nervenzellen bezeichnet. Bei Säugetieren zieht sie von den retinalen Ganglienzellen im Auge – als Sehnerv zum Chiasma opticum, dann als Sehtrakt – über die einzige Umschaltstelle im Corpus geniculatum laterale zum primären visuellen Cortex.

Agnosie

Agnosie/-/agnosia

Agnosie leitet sich ab vom lateinischen: „Nicht wissen“. Es handelt sich um eine Störung des Erkennens, ohne Defizite in der sensorischen Aufnahme. Die Agnosie ist meist sehr spezifisch, wie z.B. die Prospagnosie, die Unfähigkeit eine Person an ihrem Gesicht zu erkennen.

Synästhesie

Synästhesie/-/synesthesia

Synästhesie ist Verknüpfung zweier oder mehrerer Sinneswahrnehmungen zu einer subjektiven Empfindung. Bei Synästhetikern wird beispielsweise die Zahl sieben stets mit rot in Verbindung gebracht. Synästhesien scheinen eine erbliche Komponente zu haben, sie treten jedoch auch krankheitsbedingt (z.B. Schizophrenie) oder drogeninduziert (beispielsweise durch Halluzinogene) auf.

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