Präfrontale Cortex

Der präfrontale Cortex (Cortex praefrontalis; PFC) ist ein Teil des Frontallappens der Großhirnrinde (Cortex cerebri). Er befindet sich an der Stirnseite des Gehirns und ist eng mit den sensorischen Assoziationsgebieten des Cortex, mit subcorticalen Modulen des limbischen Systems und mit den Basalganglien verbunden.

Der präfrontale Cortex empfängt sensorische Signale und steht in korrelativem Zusammenhang mit der Integration von Gedächtnisinhalten und emotionalen Bewertungen. Auf dieser Basis besteht weiterführend ein korrelatives Verhältnis zwischen präfrontaler Hirnaktivität und der Handlungsplanung. Die Funktionen und Prozesse präfrontaler Hirnstrukturen werden als notwendige Bedingungen für eine situationsangemessene Handlungssteuerung und der Regulation emotionaler Prozesse angesehen. Deshalb wird er auch als „Supervisory Attentional System“ (SAS) bezeichnet.

Aufgaben des präfrontalen Cortex

Im präfrontalen Cortex laufen zahlreiche Informationen zusammen. Daher ist er auch in der Lage, Regie in unserem Leben zu führen:

1. Der präfrontale Cortex empfängt Signale aus allen sensorischen Regionen, in denen die für unsere Gedanken konstitutiven Vorstellungsbilder entstehen, auch aus den somatosensiblen Feldern, in denen frühe und aktuelle Körperzustände fortwährend repräsentiert werden.
2. Der präfrontale Cortex empfängt Signale aus mehreren bioregulatorischen Abschnitten des Gehirns. Dazu gehören die Neurotransmitter-Kerne im Hirnstamm (z.B. diejenigen, die Dopamin, Noradrenalin und Serotonin ausschütten) und im baslen Vorderhirn (die Kerne, die Acetylcholin ausschütten), außerdem die Amygdala, der Vorderteil des Gyrus cinguli und der Hypothalamus. "Man könnte sagen, der präfrontale Cortex erhält Nachrichten von allen Mitarbeitern der Eichbehörde."
3. Der präfrontale Cortex repräsentiert Kategorisierungen der Situationen, in denen sich der Organismus befindet. Die präfrontalen Netze entwickeln dispositionelle Repräsentationen für bestimmte Verbindungen von Dingen und Ereignissen aus unserer individuellen Erfahrung, wobei sie zugrunde legen, welche persönliche Relevanz diese Dinge und Ereignisse für uns haben.

Folgen von Verletzungen

Präfrontale Läsionen können u. a. folgende Konsequenzen haben (siehe Frontalhirnsyndrom):

• Zerfall des Kurzzeitgedächtnisses und der Langzeitplanung,
• Entscheidungsunfähigkeit (Abulie),
• Perseveration und Inflexibilität im Verhalten
• v. a. bei orbitofrontalen Läsionen starke Persönlichkeitsveränderungen (emotionale Verflachung, Triebenthemmung, situationsunangemessene Euphorie, Missachtung sozialer Normen (Pseudopsychopathie))

Neben Verletzungen durch Schädel-Hirn-Traumata gibt es auch degenerative Erkrankungen (Morbus Pick), die vorwiegend die präfrontale Rinde betreffen. Tests haben ergeben, dass sich die Impulskontrolle mit Magnetfeldern reduzieren lässt.

Literatur

Thümmler: Elektrophysiologische Untersuchungen im Präfrontalen Cortex der Ratte

Susanne Thümmler gab im Jahr 2002 ihre med. Dissertation "Elektrophysiologische Untersuchungen im Präfrontalen Cortex der Ratte" ab.

Der Präfrontale Cortex (PFC) spielt eine wichtige Rolle für verschiedene neuropsychiatrische Erkrankunen wie die Schizophrenie (...) und hat eine entscheidende Bedeutung für höhere kognitive Funktionen." (4)

Schizophrenie ist eine psychiatrische Krankheit, an der 1% aller Menschen während ihres Lebens erkranken. Sie wurde erstmals von E. Kraeplin (1919-1971) und E. Bleuler (1911-1950) als Gruppe der Schizophrenien beschrieben. (4)

Die erste bildgebende Untersuchung des Gehirns eines an Schizophrenie Erkrankten dürfte 1976 als CT durchgeführt worden sein, die erste Studie mit MRT 1984. Bis zum Jahr 2002 wurden ca. 200 MRT-Studien durchgeführt. "MRT-Studien, die das Gehirn als Ganzes untersuchen, weisen außer auf eine geringe Reduktion des Hirnvolumens auf keine Veränderungen hin. Werden hingegen einzelne Regionen genauer betrachtet, werden Unterschiede deutlich. Dazu zählen vergrößerte Seitenventrikel, die man auch beim Hydrozephalus, Morbus Alzheimier, der Chorea Huntington und anderen Krankheiten beobachten kann, und die auf eine Gewebsminderung der umliegenden Hirngebiete hinweisen. Ein häufig beschriebener vergrößerter Dritter Ventrikel gibt Hinweise auf ein vermindertes Volumen de Thalamus, der aufgrund seiner Verbindungen zu fast allen anderen Hirnregionen eine kritische Rolle in der Neuropathologie der Schizophrenie spielt." (5)

"Veränderungen im Frontallappen, die besonders in präfrontalen und orbitofrontalen Regionen beschrieben werden, werden mit kognitiven Defiziten und Verhaltendefiziten bei an Schizophrenie Erkrankten assoziiert. Ähnliche Symptome können auch nach einer Verletzung des Frontallappens, z.B. in Folge eines Unfalls oder Tumors, beobachtet werden (...). Eine solche Schädigung des Frontallappens führt zu motorischen Einschränkungen einer verminderten Spoontanaktivität, einer verlangsamten Anpassung in verschiedenen Bereichen und einem eingeschränkten sozialen und sexuellen Verhalten. Außerdem werden Lernbehinderungen, eine Reduktion des Sprachflusses und der Sprachdiskrimination beschrieben." (5)

"Der Präfrontale Cortex spielt eine Rolle für höhere kognitive Funktionen. Dabei hat er eine spezifische Bedeutung für das Arbeitsgedächtnis ... PFC-Neurone werden dabei bei speziellen Gedächtnisleistungen aktiviert. So erkennen sie einen spezifischen Stimulus und erhalten die Information bis zu seiner späteren Verarbeitung aufrecht." (7)

"Funktionelle bildgebende Studien (...) haben sowohl bei Primaten als auch bei Menschen gezeigt, dass der PFC während verschiedener Arbeitsgedächtnis-spezifischen Aufgaben aktiviert wird (...). Die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses stellt sich dabei mit steigendem Schwierigkeitsgrad der Aufgaben als umgekehrte U-Kurve dar (...). Die höchste Kapazität kann bei mittlerem Schwierigkeitsgrad beobachtet werden. Aufgaben mit geringerem oder sehr hohem Schwierigkeitsgrad sind mit einer Abnahme der Kapazität des Arbeitsgedächtnisses verbunden." (8)

"Eine Dysfunktion des Arbeitsgedächtnisses und damit verbundene kognitive Symptome können bei verschiedenen neuropsychiatrischen Krankheiten beobachtet werden, die mit einer Dysregulation des Dopaminsystems assoziert sind. Dazu gehören die Schizophrenie (...) und der Morbus Parkionson (...). Auch bei normalen Altersprozessen kommt es zu Einschränkungen des Arbeitsgedächtnisses (...)." (9)

"Der Präfrontale Cortex (PFC) erhält Afferenzen aus dem Hippocampus (...). Diese monosynaptischen glutamatergen Projektionen entspringen der hippocampalen CA1-Region und dem Subiculum und innervieren die prälimbische und mediale orbitale Region des PFC (...). Im prälimbischen Cortex werden alle Zellschichten innerviert, wobei die Innnervation in den Laminae V und VI am stärksten ist." (18)

"Bei Stimulation in der hippocamalen CA1/Subiculum-Regeion werden ca. 40% der Neurone des prälimbischen Cortex (...) über einen non-NMDA-Rezeptor-abhängigen Prozess aktiviert (...). Hochfrequente tetanische Stimulationen des Hippocampus (50-300 Hz) induzieren eine Langzeitaktivierung (LTP)" (18)

"LTP im Hippocampus, d.h. die Potenzierung der synaptischen Transmission über einen längeren Zeitraum, ist das wichtigste experimentelle Modell, um grundlegende synaptische Vorgänge, die Lernen und Gedächtnis ermöglichen, zu untersuchen. Auch epileptiforme Ereignisse werden auf der Basis von LTP erklärt. Im Hippocampus wurden zahlreiche Studien über die Langzeitaktivierung und synaptische Plastizität durchgeführt (...). Man unterscheidet NMDA-R-abhängiges und NMDA-R-unabhängiges LTP." (19)