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Der sensorische Wurzelabschnitt des Trigeminusnervs hat drei wichtige Zielkerne, sobald er über die Pons eintritt. Der Hauptsinneskern empfängt Signale über die Zweipunktunterscheidung im Gesicht, den Lagesinn und die Propriozeption. Der propriozeptive Nukleus liegt im Mittelhirn. Der Kern für Schmerz, Temperatur und Berührung des Gesichts steigt durch den Hirnstamm hinab und erreicht das obere Halsmark.
Der Nerv verlässt die Pons aus dem Kleinhirnbrückenwinkel und verläuft über den Schläfenlappen in der mittleren Schädelgrube. Das Trigeminalganglion - Gasserian - wird am Felsenbein gebildet, und von hier aus entspringen die drei Abteilungen.
Der erste Abschnitt - der ophthalamische - zieht mit dem dritten Nerv durch den Sinus cavernosus und tritt aus der Fissura orbitalis superior aus. Diese Abteilung versorgt die Haut der Stirn, die Hornhaut und die Bindehaut. Die zweite Abteilung - die Oberkieferabteilung - tritt aus dem Foramen infraorbitale aus. Sie versorgt die Haut in der Mitte des Gesichts und die Schleimhäute des oberen Teils des Mundes, des Gaumens und des Nasenrachenraums. Die dritte Abteilung - die mandibuläre - verläuft mit dem motorischen Teil des Nervs und tritt durch das Foramen ovale aus, um die Haut des Unterkiefers und die Schleimhäute des unteren Teils des Mundes zu versorgen.
Schmerz- und Temperaturfasern aus dem Gesicht enden schließlich im spinalen Trigeminuskern - der von der Pons durch die Medulla zieht - im oberen Halsmark. Berührungs- und propriozeptive Fasern wandern vom pontinen Nukleus zum trigeminothalamischen Trakt, der dann zum Thalamus und von dort zum postzentralen Gyrus des Kortex aufsteigt. Diese Anordnung erklärt, warum Läsionen des oberen Rückenmarks zu einem dissoziierten sensorischen Verlust des Gesichts führen können - Beibehaltung von Berührung und Propriozeption, aber Verlust von Schmerz und Temperatur.
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