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Wenn das Bewusstsein ausfällt

Für die bewusste Wahrnehmung der Umgebung sind mehrere komplexe Gehirnstrukturen nötig, die Sinneseindrücke verarbeiten und einordnen. Fällt eine dieser Strukturen aus, dann entschwindet mit ihnen auch ein Teil unseres Bewusstseins.

Grafikerin: Meike Ufer


Das Gehirn steht ständig unter Beschuss. Unzählige Sinnesinformationen prasseln täglich auf unsere Nervenzellen ein und müssen anschließend ausgewertet und sortiert werden. Zum Glück schafft es aber nicht jeder Sinnesreiz in unser aktives Bewusstsein. Man stelle sich nur einmal vor, wie lästig es wäre, wenn jede einzelne Sinneswahrnehmung unmittelbar in unseren Gedanken auftauchen würde: „Mir ist warm. Es riecht nach Kaffee. Mein Kollege tippt auf seiner Tastatur. Es riecht immer noch nach Kaffee...“ Stattdessen nehmen wir bewusst meist nur das wahr, was neu oder wichtig erscheint. Zum Beispiel, wenn der geschätzte Kollege den Kaffee auf seiner Tastatur verschüttet.

Das Wichtigste in Kürze

  • Das aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem (ARAS) unterhält zahlreiche Nervenverbindungen in die Großhirnrinde. Über diese Nervenfasern wird der Aktivierungsgrad des Gehirns beeinflusst.
  • Der Thalamus ist „das Tor zum Bewusstsein“. Alle Sinneseindrücke – mit Ausnahme des Geruchssinns – werden in diesem Kerngebiet verschaltet.
  • Verletzungen im Bereich der Großhirnrinde haben partielle Ausfälle von Sinneseindrücken zur Folge. Ist eine ganze Hemisphäre davon betroffen, nimmt der Betroffene nur noch eine Hälfte seiner Umgebung wahr.
  • Unklarheit besteht noch darüber, wann die unterschiedlichen Sinneseindrücke genau das Bewusstsein erreichen. Wahrscheinlich ist die Dauer der Übertragung von der Komplexität des Sinneseindrucks abhängig

Riechen weckt Erinnerungen

Alle Sinneseindrücke müssen zunächst den Thalamus passieren, bevor sie bewusst werden können. Doch es gibt eine Ausnahme: den Geruchssinn. Seine Signale nehmen einen Schleichweg direkt in das limbische System. Dort trifft zunächst jede Geruchsnuance ungefiltert ein – ob nun wohl- oder übelriechend. Das limbische System verknüpft diese dann mit den Gefühlen, die während des Riechens vorherrschen. Gerüche sind deshalb ein besonders gutes Mittel, um Erinnerungen hervorzuholen. Wird der spezifische Duft oder Gestank später wieder wahrgenommen, dann kommt oft auch die passende Erinnerung aus Kindheit und Jugend erneut zum Vorschein.

Um zu den wichtigen Informationen zu gelangen, müssen allerdings erst einmal auch alle unwichtigen kurz ausgewertet werden. Damit sich unser Gehirn all der vielen Sinnesreize annehmen kann, bedarf es eines komplexen Neuronensystems, das unsere Aufmerksamkeit hierarchisch steuert.

Nicht eine Nervenstruktur allein, sondern gleich mehrere sind daran beteiligt. „Die Suche nach dem einen Hirnareal, das allein für das Bewusstsein zuständig ist, blieb bisher erfolglos. Die Wahrnehmung innerer und äußerer Reize ist vielmehr ein so komplexes Geschehen, dass sie wohl nur durch das Zusammenspiel vieler unterschiedlicher Hirnregionen erfolgen kann“, sagt Wolf Singer, Neurophysiologe am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main.

Gut vernetztes Aktivierungssystem

Die Basis dieses Systems bildet das aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem, kurz ARAS genannt. Dabei handelt es sich um ein Netzwerk mit einer Vielzahl von Nervenkernen. Das ARAS erstreckt sich vom Mittelhirn über die Schnittstelle „Thalamus“ bis hin zum Großhirn. Darüber hinaus unterhält es Verbindungen über den Hypothalamus zum Vorderhirn und zum limbischen System.

Die weitreichende Vernetzung ist essenziell, denn das ARAS beeinflusst den Aktivierungsstatus aller Hirnsysteme. „Seine Impulse bereiten das Gehirn für die Aufnahme und Verarbeitung neuer Information vor“, erklärt Singer. Die Aufmerksamkeit und die Weckfunktion werden vor allem über drei Transmittersysteme vermittelt: Noradrenalin, Acetylcholin und Serotonin. Noradrenalin und Acetylcholin aktivieren den Thalamus und damit die Aufnahmefähigkeit der Hirnrinde. Serotonin bremst den Informationsfluss. Damit ist das ARAS unabdingbar für jede Art der Wahrnehmung. Wird es zerstört, so fällt der Betroffene ins Koma.

Das Koma stellt die schwerste Form einer Bewusstseinsstörung dar. Sie kommt häufig bei einer traumatischen Verletzung des ARAS vor, kann aber ebenso bei großflächigen Läsionen der Großhirnrinde entstehen. Im Koma können selbst starke äußere Reize den Betroffenen nicht mehr erwecken. Kein grelles Licht, kein lautes Klingeln, ja nicht einmal Schmerz dringt dann zur Großhirnrinde durch.

Schema des aufsteigenden retikulären Aktivierungssystems (ARAS) im Affengehirn und seiner Wechselwirkungen mit dem Cortex. Grafikerin: Meike Ufer [nach Birbaumer, Schmidt 2010]
Schema des aufsteigenden retikulären Aktivierungssystems (ARAS) im Affengehirn und seiner Wechselwirkungen mit dem Cortex. Grafikerin: Meike Ufer [nach Birbaumer, Schmidt 2010]
Rätselhafter Patient

Doch nicht nur die Verletzung des ARAS kann die Wahrnehmung drastisch einschränken. So wurde 2009 der medizinische Fallreport eines jungen Mannes aus Mexiko-Stadt bekannt, der den Rettungskräften zunächst Rätsel aufgab. Der 27-Jährige war zwar bei wachem Bewusstsein, dabei jedoch wie erstarrt. Er bewegte sich auf Schmerzreiz, auf Ansprache reagierte er aber nicht, wie es im britischen „Journal of Medical Case Reports“ beschrieben wird.

Was war geschehen? Die Bildgebung entlarvte, dass der Patient einen besonders schweren Infarkt im Thalamus erlitten hatte. Diese Hirnregion war nahezu vollständig ausgefallen. Der Thalamus wird nicht umsonst „das Tor zum Bewusstsein“ genannt. „Hier werden die Nervenbahnen aller Sinnesorgane umgeschaltet, bevor sie an die Großhirnrinde weitergeleitet werden“, erklärt Singer, „damit entscheidet dieses Kerngebiet darüber, welche Sinnesreize das Großhirn überhaupt erreichen.“ (Zum Ausnahmefall ‘Geruch’ siehe den Kasten „Riechen weckt Erinnerungen“.)

So passiert jedes gesprochene Wort und jeder Lichtblitz zuerst einmal den Thalamus, noch bevor wir uns dessen überhaupt bewusst werden. Entsprechend konnten auch die Fragen der Rettungskräfte kaum zu dem jungen Mann durchdringen. Da sein Thalamus nicht mehr richtig funktionierte, wurden die neuronalen Signale hier gestoppt, noch bevor sie die Großhirnrinde und damit sein Bewusstsein erreichen konnten. Nur noch sehr starke Reize, wie der Schmerz, konnten das defekte Kerngebiet passieren.

Halbierte Wahrnehmung

Betrifft die Funktionsstörung dagegen nachgeschaltete Hirnregionen, dann ist die Aufmerksamkeit nur innerhalb bestimmter Bereiche eingeschränkt. Der so genannte „Neglect“ zeigt zum Beispiel, welche Folgen der Ausfall einer Hemisphäre haben kann. Die Bezeichnung leitet sich von dem lateinischen Wort „neglegere“ ab, was so viel wie „nicht wissen“ oder „vernachlässigen“ bedeutet. Denn genau das passiert bei einem Neglect: Die Hälfte der Umgebung wird unbewusst missachtet.

In der Regel entsteht der Neglect infolge eines Schlaganfalls der rechten hinteren Großhirnrinde. Da die Sinnesinformationen auf ihrem Weg zum Gehirn diese Seite kreuzen, betrifft die Wahrnehmungsstörung allerdings die entgegengesetzte Seite: Alles, was links passiert, dringt dann nicht mehr in das Bewusstsein vor – während all das, was rechts passiert, normal wahrgenommen wird. Im Alltag ergeben sich dadurch skurrile Situationen, die dem Patienten selbst nicht auffallen: Er rasiert sich nur die rechte Seite seines Gesichts. Oder isst nur das Essen auf der rechten Seite seines Tellers auf. Links bleibt dagegen unberührt: Da bleibt das Gemüse liegen, und die Bartstoppeln wachsen weiter. Entsprechendes gilt für den eigenen Körper. Auch hier wird eine Seite ganz vernachlässigt: Das linke Bein und der linke Arm werden kaum noch bewegt, obwohl sie prinzipiell funktionsfähig wären.

Ungelöste Fragen

So tragisch derartige Erkrankungen für die Betroffenen auch sind, so sehr nutzen sie der Wissenschaft. Gerade solche Patientenfälle haben maßgeblich dazu beigetragen, dass wir das komplexe Organ „Gehirn“ mittlerweile zumindest etwas besser verstehen. Viele Funktionen bleiben indes ungeklärt. So rätseln Neurowissenschaftler beispielsweise immer noch darüber, wie lange ein Sinnesreiz genau braucht, um in das Bewusstsein vorzudringen und dort eine entsprechende Handlung zu veranlassen.

Natürlich kann ein Sinneseindruck nicht zeitgleich mit seinem Auftreten im Gehirn bewusst werden. Denn die Umwandlung in Nervensignale, deren Weiterleitung und die anschließende Verarbeitung dauern im Schnitt 220 Millisekunden. Dabei gibt es jedoch deutliche Variabilität: Die Verarbeitungszeit ist nämlich von der Komplexität des Sinneseindrucks abhängig. Ist er einfach zu erfassen, wie das Geräusch des Tastentippens, dann wird er entsprechend schnell an das Großhirn weitergeleitet. Die bewusste Wahrnehmung des verschütteten Kaffees dauert dagegen etwas länger.

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3D-Gehirn
Infos zum Beitrag
Datum:
01.09.2013
Wissenschaftliche Betreuung:
Prof. Dr. Niels Birbaumer
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