Die Kleinhirnhemisphären

Genau wie das Großhirn teilt sich das Kleinhirn in zwei Hemisphären und nutzt das Prinzip der Oberflächenvergrößerung für sich. Seine Rinde ist nicht glatt, sondern stark gefaltet mit zahlreichen Erhebungen, den Windungen, und tiefen Tälern, den Furchen. Die lateinischen Namen für diese Erscheinungen sind bei Groß- und Kleinhirn allerdings unterschiedlich: Beim Großhirn spricht man von Gyri und Sulci, beim Kleinhirn von Foliae und Fissurae. Und es gibt weitere Unterschiede: Die vielen Furchen des Kleinhirns verlaufen annähernd parallel zueinander, zudem ist seine Rinde sehr viel feiner zerklüftet, die Windungen sind schmaler. 

Den Wettbewerb um die effektivste Oberflächenvergrößerung gewinnt das Kleinhirn damit ganz klar für sich: Im Vergleich zum Großhirn hat es zwar nur zehn Prozent von dessen Gewicht, erreicht aber fast drei Viertel von dessen Oberfläche. Gestreckt wäre es fast 2 Meter lang. Und obwohl das Kleinhirn nur etwa ein Zehntel der gesamten Hirnmasse ausmacht, enthält es den größten Teil aller Nervenzellen des Gehirns. Die meisten davon sind winzige Körnerzellen, die in riesiger Zahl an der Verarbeitung und Feinabstimmung von Bewegungen beteiligt sind.

Bei Säugetieren und insbesondere beim Menschen sind die Kleinhirnhemisphären im Vergleich zu niederen Wirbeltieren besonders ausgeprägt: Im Laufe der Evolution von den Reptilien bis zu den Primaten haben sie immer mehr an Bedeutung gewonnen.
 

Das Kleinhirn – anatomisch exakt: das Cerebellum – liegt unterhalb der Großhirnhälften des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Wie schon erwähnt, teilt es sich in zwei Hälften. Von oben und unten betrachtet erinnern die beiden Kleinhirnhemisphären entfernt an wulstige Flügel eines Schmetterlings. Sie sind durch den mittleren Abschnitt voneinander getrennt, den so genannten Wurm, fachlich Vermis. Nach hinten unten, zum Austritt des Rückenmarks aus dem Schädel hin, wölben sich die beiden Kleinhirntonsillen hervor. Sie haben klinische Bedeutung, weil sie bei erhöhtem Hirndruck in die Schädelöffnung gegen den Hirnstamm gedrückt werden können – mit schweren neurologischen Folgen. 

Wie auch beim Großhirn unterteilen sich die Hemisphären in Lappen, lateinisch Lobi genannt, die durch größere Furchen voneinander getrennt sind. Lehrbücher listen die lateinischen Namen zahlreicher Furchen, Lappen und Läppchen auf, die nach ihrer Lage oder Form benannt sind – beispielsweise „hintere seitliche Furche“ oder „halbmondförmiges Läppchen“ – oder einfach durchnummeriert wurden. Allerdings unterliegt dieser Unterteilung meist keine funktionelle Ordnung. 

Für das Verständnis des Kleinhirns ist daher eine funktionelle Einteilung wichtiger, die zugleich seine Entwicklungsgeschichte widerspiegelt. Der älteste Teil ist der Lobus flocculonodularis, auch Vestibulocerebellum genannt. Er ist eng mit dem Gleichgewichtssystem verbunden und kontrolliert Haltung und Augenbewegungen. Der mittlere Abschnitt mit dem Wurm und den angrenzenden Hemisphären bildet das Spinocerebellum. Es reguliert die Grundspannung der Muskulatur und koordiniert unwillkürliche Bewegungsabläufe wie das Gehen. Den jüngsten und größten Anteil des Kleinhirns bilden schließlich die seitlichen Hemisphären, das Pontocerebellum. Es ist bei Primaten besonders stark entwickelt, steht in enger Verbindung zur Großhirnrinde und stimmt präzise, willkürliche Bewegungen ab – etwa dann, wenn wir nach einem Glas greifen oder ein Musikinstrument spielen.

Eine äußerliche Grenze zwischen diesen funktionellen Anteilen lässt sich nicht immer ausmachen. Zudem arbeiten alle drei Systeme eng zusammen, indem sie Informationen aus Rückenmark, Gleichgewichtsorgan und Großhirnrinde verarbeiten. Das Kleinhirn selbst erzeugt keine Bewegungen. Vielmehr überwacht, korrigiert und verfeinert es sie. So werden Handlungen nicht nur flüssig, sondern auch vorausschauend, präzise und ökonomisch ausgeführt.

Über die Kontrolle laufender Bewegungen hinaus, übernimmt das Kleinhirn auch beim motorischen Lernen eine Schlüsselrolle. Es merkt sich Fehler, die beim Ausführen von Bewegungen entstehen, und passt die Bewegungsprogramme so an, dass Abläufe immer flüssiger und automatischer werden.

Die Kleinhirnrinde folgt allen Windungen und ist – im Gegensatz zur Großhirnrinde – fast überall gleich aufgebaut. Sie besteht aus drei Schichten: der äußeren Molekularschicht, der mittleren Purkinje-Zellschicht und der inneren Körnerschicht. In der Molekularschicht liegen vor allem die langen Fortsätze von Nervenzellen, darunter die sogenannten Parallelfasern – dünne Axone von Körnerzellen aus der innersten Schicht – sowie die Kletterfasern, die aus der unteren Olive im Hirnstamm stammen.

Die Purkinje-Zellschicht ist nur eine Zellschicht dick, aber auffällig: Hier stehen die großen Nervenzellen des Kleinhirns in einer Reihe. Ihre weit verzweigten Dendriten ragen in die Molekularschicht und verzweigen sich dort wie die Äste eines flachen, scheibenförmigen Baumes. Eine einzelne Purkinje-Zelle kann Verbindungen zu mehr als 100.000 Parallelfasern bilden – eine beeindruckende Zahl an Synapsen. Ihre Axone ziehen in das Innere des Kleinhirns zu den dort liegenden Kernen. Insgesamt enthält das menschliche Kleinhirn etwa 15 Millionen Purkinje-Zellen.

In der innersten Schicht schließlich, der Körnerschicht, finden sich Milliarden winziger Körnerzellen. Sie stellen die größte zusammenhängende Population von Nervenzellen im gesamten Gehirn. Ihre Axone steigen zur Oberfläche auf, wo sie sich T-förmig aufspalten und als Parallelfasern verlaufen. Dabei kommen sie mit den Dendriten hunderter Purkinje-Zellen in Kontakt.

So entsteht ein Netzwerk mit unvorstellbar vielen Verbindungen – und dennoch lässt sich das Prinzip einfach zusammenfassen: Nur die Purkinje-Zellen leiten Signale aus der Rinde hinaus. Sie wirken hemmend auf die Kleinhirnkerne. Erst wenn andere Eingänge die Purkinje-Zellen drosseln, können die Kerne aktiv werden und Informationen nach außen weitergeben. Dieses Prinzip sorgt dafür, dass Bewegungen nicht überschießend ausfallen – das Kleinhirn wirkt also wie eine präzise Bremse, die Bewegungen dosiert.

Tief im Inneren des Kleinhirns liegen die vier paarigen Kleinhirnkerne. Sie sind die wichtigsten Ausgangsstation des Kleinhirns. Über sie gelangen Informationen weiter in anderen Hirnregionen. Nur wenige Fasern führen direkt aus der Rinde heraus, etwa zum Gleichgewichtssystem.

Die Namen dieser Kerne sind anschaulich gewählt. Der Nucleus dentatus, der gezahnte Kern, ist der größte. Mit seinem gezackten Profil erinnert er an ein Zahnrad und lieg am weitesten seitlich. 

Daneben gibt es den Nucleus emboliformis (Pfropfkern), dessen Form an einen Tropfen erinnert, sowie die beiden kugelförmigen Nuclei globosi (Kugelkerne). Pfropf- und Kugelkerne arbeiten eng zusammen und werden daher oft als Nucleus interpositus zusammengefasst. Schließlich sitzt im Bereich des Wurms (Vermis) der Nucleus fastigii (Dachkern).

Die Kerne stehen in enger Verbindung mit motorischen Zentren im Hirnstamm, mit dem Thalamus und über diesen mit der Großhirnrinde. Besonders der Nucleus dentatus als Teil des jüngsten Kleinhirnanteils – des Pontocerebellums – spielt eine Schlüsselrolle: Er vermittelt die präzise Abstimmung willkürlicher Bewegungen und ist an der Planung komplexer Handlungsabläufe beteiligt.

Erstveröffentlichung am 23. August 2011
Letzte Aktualisierung am 20. September 2025