Verzwickte Vernetzung

Grafik: MW
 Verzwickte Vernetzung

Die Erforschung der komplexen Netzwerkstruktur des Gehirns ermöglicht einen neuen Blick auf alte philosophische Fragen rund ums Denken. Dabei tun sich unerwartete Erklärungslücken auf.

Wissenschaftliche Betreuung: Eckhard Friauf

Veröffentlicht: 16.10.2015

Das Wichtigste in Kürze
  • Mentale Phänomene lassen sich bis zu einem gewissen Grad eingrenzen und an einem Ort im Gehirn lokalisieren, etwa im Falle von Hirnverletzungen. Allerdings sind sie letztlich das Ergebnis der Teamarbeit von teils weit verteilten Neuronennetzwerken.
  • Beim Entschlüsseln des Verschaltungsplans des Gehirns hoffen Neurowissenschaftler, über die Struktur von Nervennetzwerken auch deren Funktion zu ermitteln. Inwieweit das funktioniert, ist umstritten.
  • Aus der Vernetzung einzelner Neurone entstehen derart komplexe Eigenschaften, dass sogar aufwändige Computermodelle nur Teilaspekte widerspiegeln können.
  • Das Gehirn als eine informationsverarbeitende Maschine zu betrachten, ist sinnvoll, um mentale Leistungen wie das Gedächtnis zu verstehen. Allerdings gibt es zwischen Informationen, die ein Computer verarbeitet, und solchen, die wir als Menschen verstehen, einen Unterschied.
Die Suche nach dem neuronalen Code

Hirnforscher sprechen in Bezug auf die Sprache des Gehirns gerne vom „neuronalen Code“, den es zu knacken gelte. Doch gibt es ihn überhaupt? „Das Gehirn ist sicherlich keine Kodiermaschine, die von einem göttlichen Designer mit abstrakten Rechenregeln ausgestattet wurde“, so Andreas Draguhn. „Es ist vielmehr ein biologisches Organ, das uns ermöglicht, uns flexibel der jeweiligen Situation angepasst zu verhalten.“ Als natürliches Organ stehe es anders als Maschinen auch unter dem Einfluss von „weichen“ biologischen Faktoren wie etwa Hormonen. Draguhn spricht statt von „neuronalem Code“ lieber von „neuronaler Repräsentation“. Hierbei geht es etwa um die Frage, wie unser Gehirn Erinnerungen auf der neuronalen Ebene abbildet. Solche Repräsentationen im Bereich der Gedächtnisleistungen werden vermutlich von räumlich weit verteilten Neuronen aus verschiedenen Netzwerken gebildet. Diese Neurone schaffen ganz spezielle zeitliche Muster, indem sie teilweise synchron, teilweise asynchron aktiv sind.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Ursache und Wirkung im Gehirn

Kausalität im Gehirn ist eine vertrackte Sache. Nach dem Verständnis der klassischen Physik des 19. Jahrhunderts gibt es eine lineare Kausalität: Wenn eine Billardkugel andere trifft, entstehen im Idealfall genau definierte Wirkungen auf diese. Diese lineare Kausalität wird aber der Komplexität von vernetzten biologischen Systemen nicht gerecht. Neuronale Prozesse durchlaufen Verzweigungspunkte, an denen ihr weiterer Verlauf nicht determiniert ist. Sie lassen sich daher nur bedingt vorausberechnen. Außerdem gibt es im Gehirn auch verschiedene Arten von Kausalität. Zum einen die „Aufwärtskausalität“ der klassischen Physik, nach der „niedrigere“ Ebenen der Materie „höherstufige“ bedingen: Wenn man etwa ein hochkomplexes Gespräch führt, aktivieren (oder hemmen) auf einer „niedrigeren“ Ebene der Verarbeitung elektrische Impulse in den Neuronen der Hörbahn „höhere“ cortikale Netzwerke der Hirnrinde. Doch im Gehirn gibt es eben auch eine „Abwärtskausalität“. Das Verstehen des Gesprochenen auf der „höheren“ Ebene löst auf der „niedrigeren“ Ebene des Gehirns Lernprozesse aus.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Hörbahn

Hörbahn/-/auditory pathway

Als Hörbahn werden die Nervenfasern bezeichnet, die die akustische Information vom Innenohr zum primären auditorischen Cortex leiten. Beim Menschen besteht die Hörbahn aus fünf Schaltstellen: Spiralganglion, den Hörkernen im Hirnstamm, dem Colliculus inferior, dem Corpus geniculatum mediale des Thalamus und dem primären auditorischen Cortex.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Was haben Kinderliebe, Häuslichkeit und Aberglaube miteinander gemein? All diese Charakterzüge brachte der deutsche Anatom Franz Joseph Gall (1758−1818) mit bestimmten Arealen der Hirnrinde und mit entsprechenden Vorwölbungen des Schädels in Verbindung. Lange dachte man, auf diese Weise mit einer Systematisierung des Äußeren auf das Innere schließen zu können. Im Laufe des 19. Jahrhunderts verlor die so genannte Phrenologie, die Schädellehre Galls, jedoch an Ansehen – sie war empirisch nicht zu belegen. Die Theorie geriet in Folge zu Recht in Misskredit. Mit ihr jedoch auch die grundlegende Idee, Mentales einzelnen Hirnregionen zuzuordnen.

Als die Hirnforschung im weiteren Verlauf des 19. und frühen 20. Jahrhunderts ungeahnte Fortschritte machte, stellte sich die Frage nach der Lokalisation geistiger Fähigkeiten erneut. Paul Broca (1824−1880) etwa entdeckte Zentren, die für die Sprache zuständig zu sein schienen, andere Forscher spezifische Regionen für Gedächtnis und Motorik. In den vergangenen Jahren nun rückten Hirnforscher mehr und mehr die Bedeutung von ganzen Neuronennetzwerken für mentale Leistungen in den Fokus. Wenn nun teils weit verteilte Neurone in Teamarbeit unser geistiges Leben ermöglichen, kann man dann noch sinnvoll von Orten mentaler Funktionen sprechen? Sind unsere mentalen Fertigkeiten lokal eingrenzbar — oder das Produkt von räumlich und zeitlich wechselnden Hirnnetzwerken?

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Gedächtnis

Gedächtnis/-/memory

Gedächtnis ist ein Oberbegriff für alle Arten von Informationsspeicherung im Organismus. Dazu gehören neben dem reinen Behalten auch die Aufnahme der Information, deren Ordnung und der Abruf.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Kann man geistige Funktionen im Gehirn verorten?

„Die Wahrheit liegt wie so oft in der Mitte“, so Andreas Draguhn, Mediziner und Neurowissenschaftler an der Uni Heidelberg. „Läsionen einzelner Hirnregionen haben gezeigt, dass solche Schädigungen ganz spezifische geistige Funktionen in Mitleidenschaft ziehen können.“ Ein Schlaganfall etwa im Broca-​Areal im Frontallappen der linken Hirnhälfte sorgt für eine Aphasie, eine Störung der Sprache. „Es handelt sich hierbei aber nur um eine notwendige Bedingung dieser komplexen Leistung.“ Draguhn wählt den Vergleich mit einem defekten Auto: „Wenn ein entscheidendes Zahnrad in der Gangschaltung kaputt ist, dann ist dieses Zahnrad zwar eine notwendige Bedingung für das Funktionieren der Gangschaltung.“ Das bedeute aber nicht, dass das Zahnrad die ganze Funktion der Gangschaltung ausmacht.

So ähnlich wirken auch im Gehirn ganze Netzwerke von Neuronen an geistigen Leistungen mit – etwa am Sehen. Hier sind mehrere Gebiete im Gehirn beteiligt. Bereits die Retina im Auge nimmt erste Verarbeitungen vor. Dann wird der Laterale Kniehöcker aktiv, später der visuelle Cortex im Hinterhauptslappen. Von dort verteilt sich die Aktivität zum einen in den Scheitellappen und zum anderen in den Schläfenlappen. Diese breit gestreuten Netzwerke müssen alle gemeinsam aktiv sein, um das Sehen einer Szene zu ermöglichen. Fällt eines aus, funktioniert das ganze Ensemble nicht mehr korrekt.

Schlaganfall

Schlaganfall/Apoplexia cerebri/stroke

Bei einem Schlaganfall werden das Gehirn oder Teile davon zeitweilig nicht mehr richtig mit Blut versorgt. Dadurch kommt es zu einer Unterversorgung mit Sauerstoff und dem Energieträger Glukose. Häufigster Auslöser des Schlafanfalls ist eine Verengung der Arterien. Zu den häufigsten Symptomen zählen plötzliche Sehstörungen, Schwindel sowie Lähmungserscheinungen. Als Langzeitfolgen können verschiedene Arten von Gefühls– und Bewegungsstörungen auftreten. In Deutschland ging 2006 jeder dritte Todesfall auf einen Schlaganfall zurück.

Frontallappen

Frontallappen/Lobus frontalis/frontal lobe

Der frontale Cortex ist der größte der vier Lappen der Großhirnrinde und entsprechend umfassend sind seine Funktionen. Der vordere Bereich, der so genannte präfrontale Cortex, ist für komplexe Handlungsplanung (so genannte Exekutivfunktionen) verantwortlich, die auch unsere Persönlichkeit prägt. Seine Entwicklung (Myelinisierung) braucht bis zu 30 Jahren und ist selbst dann noch nicht ganz abgeschlossen. Weitere wichtige Bestandteile des frontalen Cortex sind das Broca-​Areal, welches unser sprachliches Ausdrucksvermögen steuert, sowie der primäre Motorcortex, der Bewegungsimpulse in den gesamten Körper aussendet.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Auge

Augapfel/Bulbus oculi/eye bulb

Das Auge ist das Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Lichtreizen – von elektromagnetischer Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches. Das für den Menschen sichtbare Licht liegt im Bereich zwischen 380 und 780 Nanometer.

Cortex

Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex

Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.

Okzipitallappen

Okzipitallappen/Lobus occipitalis/occipital lobe

Einer der vier großen Lappen der Großhirnrinde. Der Okzipital– oder Hinterhauptslappen liegt über dem Kleinhirn. Nach vorne grenzt er an den Scheitel– sowie an den Schläfenlappen an. Der Sulcus calcarinus unterteilt den Okzipitallappen in eine obere und eine untere Hälfte, den Cuneus und den Gyrus lingualis. Funktional findet in diesem Bereich des Gehirns die zentrale Verarbeitung visueller Informationen statt — sowohl die primäre als auch die sekundäre Sehrinde haben ihren Sitz im Okzipitallappen.

Parietallappen

Parietallappen/Lobus parietalis/parietal lobe

Wird auch Scheitellappen genannt und ist einer der vier großen Lappen der Großhirnrinde. Er liegt hinter dem Frontal– und oberhalb des Occipitallappens. In seinem vorderen Bereich finden somatosensorische Prozesse statt, im hinteren werden sensorische Informationen integriert, wodurch eine Handhabung von Objekten und die Orientierung im Raum ermöglicht werden.

Temporallappen

Temporallappen/Lobus temporalis/temporal lobe

Der Temporallappen ist einer der vier großen Lappen des Großhirns. Auf Höhe der Ohren gelegen erfüllt er zahlreiche Aufgaben – zum Temporallappen gehören der auditive Cortex genauso wie der Hippocampus und das Wernicke-​Sprachzentrum.

Ist Struktur gleich Funktion?

Die Idee des Netzwerks und der Vernetzung lässt auch eine andere philosophische Frage in einem neuen Licht erscheinen. Ergibt sich die Funktion des Gehirns und seiner Teile rein aus seiner Struktur? Neurowissenschaftler aus der ganzen Welt sind gerade dabei, eine Art Schaltplan des Gehirns anzufertigen, das so genannte „Konnektom“. Alle Nervenzellen und ihre Verknüpfungen untereinander sollen auf dieser dreidimensionalen Karte im Optimalfall verzeichnet werden – geschätzte mehr als 80 Milliarden Nervenzellen mit jeweils rund eintausend Verbindungen. Man erhofft sich, über diese Nachbildung Aufschluss über die Funktionen der Nervenzellen zu gewinnen.

Doch nicht jedem Experten leuchtet diese Logik ein. „Ich bezweifle, dass das Konnektom uns wirklich über die neuronalen Berechnungen des Gehirns informieren wird“, sagt etwa der Neurowissenschaftler Anthony Movshon von der New York University. Auch die Architektur eines Computers beispielsweise könne man bis ins feinste Detail untersuchen. „Das verrät mir, welche Arten von Berechnungen er prinzipiell durchführen kann, aber nicht, welche er tatsächlich durchführt.“ Auch das Konnektom verrate lediglich, was zwischen Nervenzellen grundsätzlich ablaufen könne. „Um die Funktion und die Berechnungen einer Nervenzelle wirklich zu verstehen, muss man aber ihre Aktivität messen.“

Andreas Draguhn zeichnet ein etwas anderes Bild. „Aus der Analyse von Hirnstrukturen lassen sich durchaus konkrete Funktionen ableiten“, sagt er. Er verweist auf so genannte Interneurone, die in vielen Hirngebieten über ihre stark verzweigten Fortsätze andere Nervenzellen erreichen und hemmen. Nur ganz stark aktivierte Neurone können die Hemmung durchbrechen. „Aus dieser Verschaltung kann man die Funktion ableiten, dass Interneurone etwa beim Sehen die Trennung von Hintergrund und Vordergrund einer visuellen Szene ermöglichen“, so Draguhn. Allerdings ließen sich nicht alle Funktionen unmittelbar aus der Struktur verstehen.

Das sieht man auch an den geistigen Fertigkeiten von bestimmten Krähenvögeln und Papageien. Sie sind kognitiv in vielen Bereichen den Menschenaffen ebenbürtig – Tierische Intelligenz. Sie können sich zum Beispiel mit Hilfe von Werkzeugen andere Werkzeuge basteln. „Und dennoch haben sie ein vollkommen anders aufgebautes und strukturiertes Gehirn als die Menschenaffen“, sagt Draguhn.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Hemmung

Hemmung/-/inhibition

Die neuronale Inhibition, oder auch Hemmung umschreibt das Phänomen, dass ein Senderneuron einen Impuls zum Empfängerneuron sendet, der bei diesem dazu führt, dass seine Aktivität herabgesetzt wird. Der wichtigste hemmende Botenstoff ist GABA.

Interneurone

Interneuron/-/interneuron

Ein kleines multipolares Neuron, das zwischen zwei andere Neurone geschaltet ist und Impulse von einer Nervenzelle zur anderen leitet. Im Zentralen Nervensystem sind Interneurone meist hemmend und nutzen die Botenstoffe GABA und Glycin.

Intelligenz

Intelligenz/-/intelligence

Sammelbegriff für die kognitive Leistungsfähigkeit des Menschen. Dem britischen Psychologen Charles Spearman zufolge sind kognitive Leistungen, die Menschen auf unterschiedlichen Gebieten erbringen, mit einem Generalfaktor (g-​Faktor) der Intelligenz korreliert. Demnach lasse sich die Intelligenz durch einen einzigen Wert ausdrücken. Hierzu hat u.a. der US-​Amerikaner Howard Gardner ein Gegenkonzept entwickelt, die „Theorie der multiplen Intelligenzen“. Dieser Theorie zufolge entfaltet sich die Intelligenz unabhängig voneinander auf folgenden acht Gebieten: sprachlich-​linguistisch, logisch-​mathematisch, musikalisch-​rhythmisch, bildlich-​räumlich, körperlich-​kinästhetisch, naturalistisch, intrapersonal und interpersonal.

Die Wissenslücken sind noch groß

Angesichts der komplexen Netzwerkstruktur des Gehirns erscheint ein anderes Großprojekt der Neurowissenschaften wie ein unrealistischer Traum: das von der EU geförderte Human Brain Project. Auf Kritik stößt vor allem die Idee, das menschliche Gehirn mittels moderner Supercomputer vollständig zu simulieren und darüber die Entstehung von geistigen Funktionen zu verstehen. Auch Andreas Draguhn ist skeptisch. „Unser Wissen vom Gehirn weist enorme Lücken auf.“ Dies zeigt sich schon bei einem Tierchen, das nicht gerade durch geistige Höchstleitungen auffällt: dem Flusskrebs. Sein Magen wird durch ein so genanntes stomatogastrisches Ganglion gesteuert. Das besteht nur aus gut 20 Nervenzellen. Es gibt zwar sehr gute Computermodelle dieses kleinen Netzwerks. „Dennoch haben wir es immer noch nicht vollständig verstanden“, sagt Draguhn. „Und beim menschlichen Gehirn sind unsere Wissenslücken eben millionenfach größer.“ Aus der Vernetzung einzelner Neurone entstehen offenbar derart komplexe Eigenschaften, dass sogar aufwändige Computermodelle nur Teilaspekte widerspiegeln können.

Erschwerend kommt noch hinzu: Hirnforscher analysieren das Nervensystem auf verschiedenen Ebenen, etwa der einzelner Zellen oder der ganzer Neuronenverbände. Eine Idee der klassischen Physik besagt, dass sich das große Ganze aus dem Kleinen aufbaut. Nach dieser Vorstellung steigt man in der Erklärung von Ursachen und Wirkungen allmählich auf – von einzelnen Molekülen zu den Nervenzellen, weiter zum Gehirn als Ganzem bis hin zu unseren mentalen Fertigkeiten. Die Sache hat nur leider einen Haken: Wie der Sprung von einer Ebene zur anderen funktioniert, ist noch nicht lückenlos verstanden. Wie soll man dann erst in absehbarer Zeit das gesamte Gehirn auf einem Supercomputer simulieren?

Ganglion

Ganglion/-/ganglia

Bezeichnung für eine Ballung von Nervenzellkörpern im peripheren Nervensystem. Gerne findet der Begriff Nervenknoten Verwendung, wegen seines Erscheinungsbildes. (gr. Gágglion = knotenartig‚)

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Die informationsverarbeitende Maschine

Stichwort „Computer“: Wurde in früheren Zeiten – je nach Stand der damals vorhandenen Alltagstechnik – das Gehirn mal mit einem Uhrwerk, einer Dampfmaschine oder einer hydraulischen Pumpe verglichen, ist es heute der Computer. Hirnforscher sprechen etwa davon, dass das Gehirn wie ein Rechner Informationen verarbeite. Die Idee der „Information“ in Bezug auf das Gehirn hat durchaus seine Vorzüge. So können sich Hirnforscher beispielsweise fragen, wie viel räumliche Information im Hippocampus einer Ratte mit Hilfe der dort befindlichen Neurone gespeichert werden kann. „Mit einzelnen Neuronen kann man die Vielzahl der räumlichen Informationen, die hier abgelegt sind, nicht abbilden“, sagt Andreas Draguhn. Mit der Kombination aus vielen Zellen hingegen schon. „Das lässt sich mit Hilfe der Informationstheorie mathematisch berechnen.“

Auch die Philosophin und Wissenschaftstheoretikerin Brigitte Falkenburg von der Technischen Universität Dortmund hält die informationstheoretische Betrachtung des Gehirns für nützlich: „Dieser Ansatz hat unter anderem dazu geführt, Wahrnehmung, Gedächtnis und Lernen bei Tier und Mensch in vieler Hinsicht zu verstehen“, sagt sie. Außerdem habe die informationstheoretische Entschlüsselung der Art und Weise, wie die Nervenzellen im Gehirn vernetzt sind und was sie dank ihrer Vernetzung leisten, zu technischen Entwicklungen geführt: Sie ermöglichte die Entwicklung von künstlichen neuronalen Netzen. Dies habe Hochleistungsrechner genauso ermöglicht wie den Einsatz von Industrierobotern in der Autofertigung oder autonom arbeitende Staubsauger im Privathaushalt.

Hippocampus

Hippocampus/Hippocampus/hippocampual formatio

Der Hippocampus ist der größte Teil des Archicortex und ein Areal im Temporallappen. Er ist zudem ein wichtiger Teil des limbischen Systems. Funktional ist er an Gedächtnisprozessen, aber auch an räumlicher Orientierung beteiligt. Er umfasst das Subiculum, den Gyrus dentatus und das Ammonshorn mit seinen vier Feldern CA1-​CA4.

Veränderungen in der Struktur des Hippocampus durch Stress werden mit Schmerzchronifizierung in Zusammenhang gebracht. Der Hippocampus spielt auch eine wichtige Rolle bei der Verstärkung von Schmerz durch Angst.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Gedächtnis

Gedächtnis/-/memory

Gedächtnis ist ein Oberbegriff für alle Arten von Informationsspeicherung im Organismus. Dazu gehören neben dem reinen Behalten auch die Aufnahme der Information, deren Ordnung und der Abruf.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Ein Modell … ist auch nur ein Modell

Doch Falkenburg betont auch, dass man Modelle des Gehirns nicht mit der Wirklichkeit verwechseln dürfe. Bei ihnen handle es sich immer um Idealisierungen, die manches von der Wirklichkeit ganz gut erfassen – und anderes gar nicht. „Das Gehirn ist kein Computer, sondern ein lebendiges, überaus komplexes Organ, das sich durch Lernprozesse dauernd selbst umgestaltet.“ Es bestehe nicht aus starren, gleichartigen Bauteilen.

Und eines sollte man sich ebenfalls vor Augen führen: „Die Information, die ein Computer verarbeitet, ist nicht dasselbe wie die Information, die Gegenstand unserer kognitiven Leistungen ist, und die wir verstehen“, sagt Falkenburg. In Computern ist Information binär, durch zwei Elemente, kodiert. Es gibt die beiden physikalischen Schaltzustände „Strom an“ und „Strom aus“, die den Symbolen „1“ und „0“ entsprechen. „Doch das ist etwas völlig anderes als die Information, die ich gewinne, wenn ich zum Beispiel ein Buch lese, einen Vortrag höre oder eine Fahrplanauskunft einhole“, sagt Brigitte Falkenburg. Hierbei komme das Verstehen von Bedeutungen ins Spiel. „Und was das eigentlich ist, kann uns kein Informationstheoretiker sagen.“

Auge

Augapfel/Bulbus oculi/eye bulb

Das Auge ist das Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Lichtreizen – von elektromagnetischer Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches. Das für den Menschen sichtbare Licht liegt im Bereich zwischen 380 und 780 Nanometer.

zum Weiterlesen:

  • Falkenburg, Brigitte: Mythos Determinismus. Wieviel erklärt uns die Hirnforschung? Berlin/​Heidelberg, Springer (2012)
  • Janich, Peter: Kein neues Menschenbild. Zur Sprache der Hirnforschung. Frankfurt am Main, Suhrkamp (2009)
  • Seung, Sebastian: Das Konnektom. Erklärt der Schaltplan des Gehirns unser Ich? Berlin/​Heidelberg, Springer Spektrum (2013)
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One comment

Stefan Pschera 20.01.2017
Bei einer Maschine ist der funktionelle Bauplan vorab bekannt. Dies gilt beim Gehirn nicht. Die Anatomie, also die Struktur, ergab Wissen. Bei Schädigung einzelner Areale gab es Funktionsausfälle. Also sind diese Areale das funktionelle Teil. Etliche Lokalisationstheorien gliedern so. Aber es passt letztlich nicht. Jetzt finden die Konnektomfasern bzw. das Netzwerk Beachtung.

Dazu ein Vergleich:

Beim Auto gibt es einen (oder mehrere) Kabelbäume. Bei Schädigung versagen z.B. die Scheinwerfer. Also ist der Kabelbaum des funktionelle Teil für Licht. Dies stimmt nicht. Zur Funktion Licht gehören die Batterie, die Kabel, der Schalter und das Kabel. Dies ist leicht verständlich. Der Funktionsplan Auto ist bekannt.

Wird der Kabelbaum an anderer Stelle beschädigt, fällt z.B. die Kraftstoffanzeige aus. Schon wieder ein lokal eingrenzbares, funktionelles Teil erkannt. Aber diese Folgerung ist falsch, eben Lokalisation (Funktion = Struktur)

Wie nun richtig funktionell gliedern? Einfach den Erregungen von den Rezeptoren zu den Erfolgsorganen folgen!

Folgerungen:

- Funktionelle Teile bestehen aus Bündel von Konnektomfasern.

- Die Astrozyten befinden nicht in funktionellen Teilen, sondern zwischen diesen.

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