Netzwerk Gehirn. Erst in den letzten Jahrzehnten haben Forscher Genaueres über das Gehirn und seinen Zusammenhang mit Denken und Gedächtnis erfahren.

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1 Netzwerk Gehirn Erst in den letzten Jahrzehnten haben Forscher Genaueres über das Gehirn und seinen Zusammenhang mit Denken und Gedächtnis erfahren. Das menschliche Gehirn ist die komplizierteste Struktur, die wir kennen, im Schnitt etwa 1245 g bei Frauen bzw. 1375g bei Männern schwer. Aus der neuropsychologischen Sichtweise findet alles Lernen und Verhalten, alle psychischen Prozesse im Gehirn statt und werden vom Nervensystem gesteuert Der in der Philosophie seit Anbeginn immer wieder diskutierte Zusammenhang zwischen Geist und Materie wird von Vertretern des psychoneuralen Dualismus heute nur noch in der Form eines Interaktionismus als wissenschaftlich vertretbar akzeptiert, der Gehirn und Geist als zwei unterschiedliche "Substanzen" sieht, die in enger aktiver, gegenseitiger Wechselwirkung stehen. Der Dualismus fragt nicht danach, wie der Geist entstanden ist, sondern er war schon immer da oder wurde mit der Materie geschaffen. Vom Standpunkt einer systemtheoretisch orientierten evolutionistischen Identitätstheorie aus ist aber der Geist eine Funktion des Gehirns, die erst auf einer gewissen Organisationshöhe des Zentralnervensystems auftritt. Die evolutionistische Identitätstheorie steht auf dem Boden des dialektischen Materialismus und grenzt sich lediglich von dessen unpräzise definierten Begriffen ab. Da Quantität und Qualität unterschiedliche Kategorien sind, die nicht ineinander überführt werden können., ist das Entstehen einer neuem Qualität vielmehr ein Effekt, der darauf beruht, dass ein System neue Eigenschaften besitzen kann, die bei seinen Elementen noch nicht vorhanden waren (Emergenz). Zahllose Experimente zeigen, wie eng die Beziehungen zwischen Gehirn- und Bewusstseinsprozessen sind. Sie bestätigen die idealistische Vermutung, dass jedem geistigen Zustand oder Vorgang ein materieller entsprechen müsse, da er ja letztlich mit einem solchen identisch sei. Aber die meisten dieser Befunde lassen sich auch dualistisch deuten, denn was durch einen Faktor, eine Ursache eine Substanz erklärt werden kann, das kann allemal und erst recht durch zwei Faktoren, zwei Ursachen, zwei Substanzen erklärt werden. Der Dualismus lässt sich deshalb weder logisch noch empirisch zwingend widerlegen. Er ist nach Kepler eine nicht prüfbare Theorie und der Idealismus muss deshalb als die leichter prüfbare Theorie dem Dualismus vorgezogen werden, auch wenn letzterer nicht widerlegt werden kann. Die für den Menschen unvergleichbare Verschiedenheit der Cicero Besuchen Sie uns im Internet unter Wir freuen uns über Ihren Besuch!

2 materiellen und psychischen Vorgänge beruht auf der Tatsache, dass der Mensch bislang zwar die Bausteine des Gehirns kennt, aber nicht seine innere Struktur. Physische und psychische Vorgänge aber sind verschiedene Projektionen der Struktur des Gehirns. Die wesentlichen neuen Eigenschaften eines Systems werden aber nicht nur durch seine Bausteine, sondern vor allem durch seine Struktur bestimmt. Die drei das Bewusstsein charakterisierenden Gehirnfunktionen (Gedächtnis-, Abbild-, Simulationsfunktion) sind zwar für die biologische Evolution nicht zwingend notwendig, führen aber zu Überlebensvorteilen, was ihre Entstehung und Beibehaltung erklärt. Amphetamin (Speed) z.b. beschleunigt das Denken, steigert die Ideenvielfalt, das logische Denken erscheint erleichtert, ist aber meist verquer ("Speed-Logik"). Gleichzeitig wird die Redegeschwindigkeit erhöht und die Stimmungslage angehoben. Keine Denken, kein Verhalten, keine Wahrnehmung, kein Erleben und kein Lernen ist denkbar ohne entsprechende Vorgänge im Zentralnervensystem. Dadurch wird deutlich, dass ein enger Zusammenhang zwischen hirnorganischen Prozessen auf der einen und psychischen Funktionen auf der anderen Seite besteht. Belegt wird diese Hypothese zum einen mit der Beobachtung, dass die Hirnorganik psychische Funktionen verändert, der die Hirnstruktur verändernde Einfluss von Drogen auf das Erleben und Verhalten oder die sich verändernde Persönlichkeitsstruktur von split-brain Patienten, denen zur Behandlung epileptischer Anfälle die Verbindung der beiden Hemisphären durchtrennt wurde. Zum anderen gilt auch der umgekehrte Weg als gesichert, nämlich die Veränderung der Hirnstruktur durch soziale Faktoren. Dies belegen u.a. Ergebnisse aus der Deprivationsforschung, die bei Tieren unter sozialer Isolation und Mangel an sensorischen Reizen eine Rückbildung des Nervensystems (Ausdünnung des Dendritenbaumes) beobachtet. Ein Beispiel hierfür liefert auch der Hospitalismus (Spitz), der bei Kindern beobachtet wird, die in deprivierter Umwelt und ohne Nestwärme aufwachsen. Häufig sind bei diesen Kindern Entwicklungsverzögerungen und psychische Schäden beobachtbar. Den Aufbau des Gehirns lässt sich am besten über das Konzept der Funktionsniveaus beschreiben: im Laufe der Evolution haben sich immer wieder neue Hirnstrukturen auf schon vorhandenen aufgebaut. Diese Überlagerungen brachten auch höher entwickelte Gehirnniveaus mit sich, die Netzwerk Gehirn Seite 2

3 zu immer komplexeren Funktionen fähig waren. Netzwerk Gehirn Seite 3

4 Die drei Gehirne Der Mensch besitzt im Grunde genommen drei Gehirne: Das reptilische Gehirn Vertrauen basiert auf Gefühlen Ein Forscherteam um Raymond Dolan am Universitätscollege London fand heraus, dass unsere Entscheidung, ob wir einen anderen Menschen vertrauenswürdig finden, vor allem eine emotionale ist. Die Probanden sollten in dem Versuch spontan bestimmte Fragen zu Bildern von Menschen beantworten. Dabei wurde gemessen, welche Regionen im Gehirn jeweils aktiv waren. Auf die Frage, welche der abgebildeten Personen vertrauenswürdig und sympathisch wirkt, war dies vor allem der so genannte "Mandelkern" (Amygdala), also der Teil des Gehirns, der sonst nur bei starken Emotionen, wie z.b. auch Angst aktiv ist. Daraus schließen die Forscher, dass unser Vertrauen vor allem auf unseren Emotionen beruht. Quelle: Schon unsere tierischen Vorfahren besaßen dieses Gehirn; deshalb ist es auch für alle Grundfunktionen des Lebens zuständig: Bewegung, Jagen, Pflegen, Revierabsteckung, Riten, Paarungsdrang, Gewohnheit. Das reptilische Gehirn liebt keine Veränderung. Es hat uralte Gewohnheiten und Verhaltensweisen (fast) unabänderlich gespeichert. Es lernt nur äußerst langsam und vermittelt uns das Gefühl der Routine und Sicherheit. Emotionen kennt das reptilische Gehirn nicht. Die Archetypen nach C.G. Jung (Verhaltensweisen, die wir seit der Frühzeit an den Tag legen), sollen im reptilischen Gehirn manifestiert sein. Das emotionale Mammalia-Gehirn Dieses "emotionale" Gehirn hat zentrale Bedeutung für unser Gedächtnis. Dieser Hirnteil, auch Mittelhirn genannt, enthält die Hypophyse und die Zirbeldrüse. Lachen und Weinen, Spieltrieb und Sexualität, Euphorie und Depressionen sind hier verankert. Alle Informationen, die im Langzeitgedächtnis gespeichert werden sollen, passieren zuerst einmal diesen Teil des Gehirns. Rationale Kognition und Gefühl treffen hier aufeinander. Das denkende Neomammalia-Gehirn Es ist der jüngste Teil des Gehirns in unserer Evolutionsgeschichte und befindet sich in der Großhirnrinde, der äußeren Hülle des Gehirns. In diesem Bereich wird gedacht und gespeichert. Logisches Denken, die Bildung von Denkstrukturen, Phantasie und Schöpfergeist, die Fähigkeit zu Schlussfolgerungen und neuen Erkenntnissen sowie die Langzeitspeicherung von Informationen, ist die Hauptaufgabe des Neomammalia-Gehirn. Das Zentralnervensystem setzt sich aus Gehirn und Rückenmark (Medulla spinalis) zusammen. Die wichtigsten Regionen des Gehirns bestehen (von unten nach oben) aus dem Hirnstamm mit verlängertem Mark (Medulla oblongata), Brücke (Pons) und Mittelhirn (Mesencephalon), dem Netzwerk Gehirn Seite 4

5 Kleinhirn (Cerebellum), Zwischenhirn (Diencephalon), Balken (Corpus Callosum), dem limbischen System (Archikortex, Paleokortex) und schließlich dem Großhirn (Cerebrum), das von der Großhirnrinde (Neokortex) überdeckt wird. Das Mittelhirn fungiert als Koordinationszentrum, welches Informationen aus verschiedenen Sinnesbereichen sowie dem Großhirn erhält. Außerdem kontrolliert es Hirnnervenreflexe (z.b. Blinzelreflex) und Bewegungen. Das Kleinhirn ist für die sensomotorische Koordination zuständig und hat wegen seiner vielen Lappen und Furchen ähnlich wie das Großhirn ein stark gewundenes Aussehen. Im Zwischenhirn liegen unter anderem der Thalamus und der Hypothalamus. Der Thalamus mit seiner großen Ansammlung von Kernen ist übergeordnete Sammel- und Umschaltstelle für die wichtigsten sensorischen Systeme. Von hier werden Erregungen aus den Sinnesorganen zum Großhirn geleitet. Der Hypothalamus besteht aus einer kleineren Gruppe von Kernregionen und steht mit vielen Gehirnregionen in Verbindung. Dabei gilt er als Zentrum für Stoffwechselfunktionen, Hormonregulation und Sexualfunktionen etc. Er ist zudem eng mit dem limbischen Systems verknüpft. Das limbische System steht mit weiteren Regionen wie dem Thalamus und dem Cortex in enger Verbindung. Seine wichtigsten Teile sind Hippocampus und Amygdala, durch dieses werden alle aus der Umwelt eintreffenden Informationen affektiv gefärbt und bewertet. Schließlich stellt das Großhirn bzw. die Großhirnrinde den phylogenetisch jüngsten aber auch den größten Teil dar und ist für die höheren psychischen Prozesse wie Wahrnehmung, Gedächtnis, Lernen, Denken und Sprache etc. unentbehrlich. Von seiner Lage her wölbt es sich über die anderen Gehirnabschnitte.. Die Großhirnrinde mit ca. 3mm Tiefe besteht aus vielen Falten bzw. Hirnwindungen (Gyri), wodurch die Fläche des Gehirns vergrößert wird. Sogenannte Sulci (Furchen) trennen die Hirnwindungen voneinander. So wird das Großhirn durch eine tiefe Längsfurche (Fissura longitudinalis) in zwei Hemisphären (linke - rechte) unterteilt, die alleine durch den Balken miteinander verbunden sind. Netzwerk Gehirn Seite 5

6 Dieser macht eine effiziente Zusammenarbeit beider Hemisphären möglich. Bedeutsam dabei ist, dass er sich relativ spät entwickelt. Nur dadurch ist eine derartige Spezialisierung der linken und rechten Hälfte möglich, da eine gleichmäßige Entwicklung beider zu Leistungsminderung der ZNS führen würde. Beide Gehirnhälften lassen sich in vier Lappen unterteilen: Der Stirn- oder Frontallappen grenzt sich durch die Zentralfurche (sulcus centralis) vom dahinter liegenden Scheitel- bzw. Parietallappen ab. Von diesem wiederum zieht sich eine Seitenfurche (sulcus lateralis) herunter, an die der Schläfen- bzw. Temporallappen angrenzt. Diese wird auch Sylvische Furche genannt. Schließlich befindet sich am hinteren unteren Teil der Hinterhaupts- oder Okzipitallappen, der vom Parietal- und Temporallappen durch die sog. Scheitel-Hinterhauptsfurche (sulcus parieto-occipitalis) getrennt ist. Die Nervenzellen der Großhirnrinde lassen sich in größere Abschnitte (Rindenfelder) zusammenfassen, die jeweils ähnliche Aufgaben inne haben Netzwerk Gehirn Seite 6

7 Wenn das Gehirn mindestens 15 Milliarden Gehirnzellen enthält, so können, durch die verschiedenen Verbindungsmöglichkeiten, zwei hoch 10 Milliarden Informationen gespeichert werden. Wenn wir diese Zahl niederschreiben wollten und jede Sekunde eine Null notierten, bräuchten wir hierfür 90 Jahre. Pro Tag verliert der Mensch zwischen und Gehirnzellen. Wenn wir annehmen, dass ein Mensch von ursprünglich 15 Milliarden Gehirnzellen täglich Zellen verliert, müsste er rund 410 Jahre alt werden, um nur 10% des Gehirns zu verlieren. Diese Rechnung macht deutlich, dass die Kapazität des Gehirns nicht schuld sein kann, wenn die Gedächtnisleistung im Alter abnimmt. Die Ursache für einen "Abbau" liegt meist im mangelnden Training. Wenn ein Mensch durch die Umwelt und das Arbeitsleben nicht mehr gefordert wird, wenn er nicht mehr lernen muss und die intellektuellen Anforderungen sinken, dann muss er selber etwas tun und sein Gehirn trainieren. Nur durch geistige Aktivität wird sichergestellt, dass neue Gehirnmuster und Strukturen gebildet werden, sodass die Denk- und Gedächtnisleistung nicht nur behalten, sondern selbst im Alter noch gesteigert werden kann. Das Speichermedium für unser Gedächtnis sind die Nervenzellen des Gehirns und ihre Verbindungen untereinander. Es gibt Milliarden dieser Zellen, und jede einzelne ist mit bis zu anderen verbunden. Das Gehirn ist also im Prinzip ein gigantisches Kabelnetz mit mehreren Kilometern Länge. Und wie in einem Stromkabel fließt auch entlang der Nervenbahnen Strom. Wird eine Nervenzelle durch einen ankommenden Reiz stimuliert, dann verändert sie innerhalb kürzester Zeit ihren Zustand: Entweder sie wird erregt (sie "feuert", wie man sagt) oder sie wird gehemmt. Wenn eine Zelle feuert, dann werden über Botenstoffe auch die dahinterliegenden Nervenzellen veranlasst zu feuern. Nervenimpulse werden von den Axonen durch Ausschüttung chemischer Substanzen in den Synapsen an die Dendriten von im Durchschnitt 1000 und bis zu 6000 anderen Neuronen weitergeleitet. Neuronen bilden somit die unterste Ebene der neuronalen Architektur. Sie sind zu lokalen Schaltkreisen in den einzelnen Rindenregionen und subkortikalen Kernen verknüpft. Die Verknüpfungsstruktur hängt von den unterschiedlichen Aufgaben ab. Rindenregionen und subkortikale Kerne sind miteinander zu Systemen verbunden, die jeweils komplexere Funktionen erfüllen und ihrerseits zu übergeordneten Systemen zusammengefasst sind. Solche spezifischen Funktionssysteme gibt es für alle Sinnesorgane zur Auswertung von Empfindungen und für Organe, deren Motorik von Gehirn gesteuert werden kann, sowie für alle lebenswichtigen Funktionen, die unbewusst gesteuert werden. Ferner gibt es Regionen für Sprache und Begriffsverarbeitung, für das logisch-rationale Denken und ein davon völlig autonomes System für die Entscheidungsfindung. Das letztere ist stark korreliert mit der Fähigkeit zur Emotionsverarbeitung und der Verarbeitung von körpereigenen Empfindungen sowie dem Sozialverhalten und befindet sich meist in der vorderen rechten Hirnhälfte. Was passiert nun, wenn wir uns erinnern, zum Beispiel an unsere Großmutter? Die derzeitige Antwort der Gedächtnisforscher: Ein spezielles Gesicht entspricht im Gehirn einer ganz bestimmten Kombination vieler Nervenzellen, die gemeinsam feuern. Durch die gemeinsame elektrische Aktivität entsteht ein Muster im Gehirn, das die Großmutter repräsentiert. Andere Gesichter, Gegenstände, Netzwerk Gehirn Seite 7

8 Telefonnummern - für alles gibt es ein spezielles Muster von Nervenzellen, die gemeinsam aktiv sind. Warum kann man ein solches Muster manchmal noch nach Jahrzehnten aktivieren? Oder anders gefragt: Was unterscheidet das Kurz- vom Langzeitgedächtnis? Müssen wir uns beispielsweise nur kurzfristig eine Telefonnummer merken, dann verblasst das entsprechende Muster schnell, weil nur wenige Nervenzellen beteiligt sind und die Verbindung zwischen ihnen sehr locker ist. Demgegenüber vermuten die Wissenschaftler, dass bei dauerhaften Erinnerungen zwei Faktoren entscheidend sind: Erstens sind dann mehr Nervenzellen beteiligt, das Signal ist also stärker. Und zweitens sind die Verbindungen zwischen den beteiligten Nervenzellen wesentlich stärker; denn "wichtige" Erinnerungen werden häufig aktiviert, die entsprechenden Verbindungen werden dadurch stabilisiert. Netzwerk Gehirn Seite 8

9 Rechte versus linke Gehirnhälfte? Ein generell überbetontes aber vor allem in Lernratgebern viel diskutiertes Thema sind die unterschiedlichen Funktionen der beiden Hemisphären des Großhirns und die Konsequenzen, die sich daraus für Lernprozesse ergeben. Das Großhirn ist der entwicklungsgeschichtlich jüngste Teil des menschlichen Gehirns (s.o.). Untersuchungen haben ergeben, dass es eine Arbeitsteilung zwischen den beiden Hälften gibt: Der linken Hemisphäre werden Funktionen wie logisches Denken, Sprache und analytisches Denken zugeschrieben, der rechten Musikalität, Kreativität und räumliches Vorstellungsvermögen. Außerdem steuern beide Hälften jeweils die Bewegungen der anderen Körperseite. Aus dieser Funktionsteilung sind vielfach Forderungen nach einem Lernen laut geworden, das eine stärkere Beteiligung der rechten Großhirnrindenhälfte beinhalten soll, die in unserer sprachlich-analytischen Lerntradition zu kurz komme. Wie Hans Schachl (1998) aber zeigt, sind diese Forderungen kritisch zu betrachten, da die Hemisphären zwar tatsächlich spezialisiert aber die Funktionsbereiche keineswegs klar getrennt sind. So übernimmt auch die rechte Hemisphäre, die zum Beispiel über ein umfangreiches Lexikon verfügt, Aufgaben bei der Sprachbearbeitung. Ebenso ist die linke Hälfte an der Verarbeitung von Musik beteiligt. Aus der Spezialisierung der Hemisphären eindeutige Schlussfolgerungen für das Lernen abzuleiten, ist daher ziemlich problematisch. Netzwerk Gehirn Seite 9

10 Gehorcht auch die Gehirnentwicklung der Darwinschen Selektion? Edelman, Gerald M. & Tononi, Giulio (2002). Gehirn und Geist. Wie aus Materie Bewusstsein entsteht. München: Verlag C. H. Beck. Edelman und Tononi (2002) versuchen im Gegensatz zu den Ansätzen, die Bewusstsein in bestimmten Hirnregionen lokalisieren, eine Theorie zu entwickeln, die Bewusstseinsentstehung aus dem Ablauf der Kommunikation zwischen Nervenzellen herzuleiten. So treten Nervenzellen an ganz verschiedenen Stellen des Gehirns über ihre Synapsen miteinander in Verbindung, sodass für einen Augenblick so etwas wie ein stabiler Schaltkreis - sie nennen es "dynamisches Kerngefüge" - entsteht. Die beteiligten Nervenzellen liegen dabei in ganz verschiedenen Bereichen des Gehirns und gehören unterschiedlichsten funktionellen Systemen an, z.b. denen für die Verarbeitung von akustischen Reizen, für Erinnerung oder für Motorik. Ein solcher Schaltkreis ist dynamisch, weil unmittelbar nach einem solchen Zusammenschluss einige Zellen flexibel mit ganz anderen, bis dahin unbeteiligten Nervenzellen, ein neues Kerngefüge bilden können. Die Milliarden Nervenzellen des menschlichen Gehirns bilden so miteinander eine potentiell unendliche Vielfalt von Möglichkeiten, wobei scheinbar gleiche bewusste Vorgänge auch durch ganz verschiedene dynamische Kerngefüge hervorgerufen werden können. Nicht alle Nervenzellen oder Nervenzellgruppen des Gehirns sind in gleicher Weise für die Beteiligung an dynamischen Kerngefügen geeignet. Voraussetzung ist ihre durch die Zahl und die Art der Synapsen vorbestimmte Fähigkeit, mit möglichst vielen verschiedenen Nervenzellen in Kontakt zu treten. Eine spezifische Eigenschaft von manchen Nervenzellverbänden ist dabei die Verknüpfung mit zum Teil weit auseinander liegenden Gruppen von Nervenzellen in beide Richtungen - im Gegensatz dazu findet in einigen Systemen des Gehirns die Signalübertragung nur in einer Richtung statt. Diese besonderen Eigenschaften der Nervenzellen sind jedoch nur zum Teil schon bei der Geburt festgelegt, sondern die Verschaltung der Nervenzellen entsteht erst im Laufe des Lebens im Wechselspiel mit den Anforderungen der Umwelt und wandelt sich ständig - Gehirnreifung. Diesen Prozess der fortwährenden Anpassung nennen Edelman und Tononi in Anlehnung an die Darwinsche Evolutionstheorie "Erfahrungsselektion" und übertragen damit deren Prinzipien auf die individuelle Gehirnentwicklung. Dieser Ansatz bietet neue Perspektiven für die Erklärung der Netzwerk Gehirn Seite 10

11 ungeheuren Vielfalt und Individualität bewussten Erlebens, wobei sich manche Ähnlichkeiten mit der Theorie der Wechselwirkung zwischen Emotion und Vernunft von Antonio Damasio ergeben. Allerdings wenden sie sich gegen die weit verbreiteten Vorstellung, dass für die Emotionen das "limbische" System von so überragender Bedeutung sei. Edelmans und Tononis Theorie ist, wie die meisten neueren Ansätze, vorwiegend spekulativ. Das liegt daran, dass sich diese Funktionsweise nie allein aus der anatomischen oder biochemischen Betrachtung des Gesamtorgans oder seiner Zellen ergibt, vielmehr sind diese elektrischen Impulse weniger die Erklärung als vielmehr die Voraussetzung für die Funktionsweise. Selbst die funktionelle Kernspintomographie oder Positronen-Emissions- Tomographie können die neurobiologischen "Korrelate" geistiger Vorgänge nicht mit ausreichender zeitlicher und räumlicher Auflösung sichtbar machen. Netzwerk Gehirn Seite 11