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Das Universum im Kopf

03.08.1998  00:00 Uhr

-Medizin

Govi-Verlag

Das Universum im Kopf

Wie kommt das Wissen der Welt in unser Gehirn? Erst in diesem Jahrzehnt beginnen Hirnforscher das geheimnisvolle Zusammenspiel der Sinnesorgane mit dem Gehirn zu verstehen. Den "genialen Selbstorganisationsprozeß" im Kopf erläuterte Professor Wolf Singer vom Frankfurter Max-Planck-Institut für Hirnforschung auf dem europäischen Forum der Neurowissenschaften in Berlin.

In den ersten Lebensjahren steuert die Aufnahme von Sinneseindrücken die Vernetzung der Nervenzellen. Obwohl ein Mensch lebenslang lernen könne, seien die Erfahrungen der ersten sechs Lebensjahre unersetzlich, erläuterte Singer. Weitgehend abgeschlossen ist der Ordnungsprozeß im Gehirn erst mit der Pubertät. Bis dahin werden bis zu 60 Prozent der einmal hergestellten Verbindungen zwischen den Nervenzellen wieder gelöst und neu geknüpft. Diese Ergebnisse haben praktische Bedeutung. Heute diagnostizieren und behandeln Pädoaudiologen kindliche Hörstörungen schon in den ersten Lebensmonaten, da diese den Spracherwerb nachhaltig behindern. Auch Schielstellungen der Augen korrigieren Ärzte möglichst frühzeitig, denn die Großhirnrinde braucht für die Ausbildung der entsprechenden Zellverbände Signale aus beiden Augen. Andernfalls geht die Fähigkeit zum räumlichen Sehen verloren.

Das Gehirn benötigt Reize aus der Außenwelt, um seine Organisation selbst zu gestalten. Dabei stehen dem Nervensystem zwei Informationsquellen zur Verfügung. Das Erbmaterial der Nervenzellen birgt das phylogenetische Gedächtnis; es sorgt für die Verschaltung der Synapsen und schafft neuronale Muster. Das individuelle Gedächtnis erwächst aus den Erfahrungen mit der Umwelt und steuert die aktuellen Verschaltungen und deren Intensität. "Das Gehirn", erklärte Singer, "bildete eine Reihe von Mechanismen heraus, mit denen sich elektrische Aktivität in strukturelle Veränderungen seiner Architektur übersetzen läßt." Dadurch kann das sich entwickelnde Gehirn seine eigene Intelligenz zur weiteren Verfeinerung seiner Struktur nutzen.

Besonders gut kennen die Forscher die Prozesse der Selbstorganisation beim Sehenlernen. Die visuellen Informationen gelangen von der Netzhaut über den Sehnerv zum Thalamus im Zwischenhirn und von dort zum Sehsegment im hinteren Bereich der Großhirnrinde. Die drei Millimeter dünne Großhirnrinde ummantelt das Gehirn. Diese Schicht ist dicht mit Nervenzellen bepackt. Die Organisation der Großhirnrinde in bestimmte Felder, darunter auch die Lage der sensorischen Areale, entwickelte sich schon sehr früh in der Evolution. Das Aufbauprinzip blieb von den Vögeln bis zum Menschen erhalten, jedoch vergrößerte sich die Fläche der Großhirnrinde im Laufe der Entwicklungsgeschichte enorm.

Im Sehsegment werden die visuellen Eindrücke nach festgelegten, zum Teil angeborenen Kriterien geordnet. Seine Ergebnisse verteilt das Sehsegment an mehr als dreißig untereinander vernetzte Hirnregionen. Jedes Areal kümmert sich um einen Teilaspekt - darunter Farbe, Form und Bewegung der Objekte. Bei der Verarbeitung der Signale spielen relativ einfache Bausteine zusammen. Das Wechselspiel einzelner Komponenten wie signalübertragender Moleküle, Synapsen und Nervenzellverbände, sogenannte "neuronale Ensembles", steuert auch den Entwicklungsprozeß des Gehirns. Nach den Prinzipien des anfänglichen Überangebots, Versuch und Irrtum, Konkurrenz und Beseitigung des Nichtangepaßten führt dieser Prozeß zu einer Vernetzung und Gruppierung von Nervenzellen, die für bestimmte Merkmale kodieren.

Für die klassische Hypothese, daß im Gehirn eine Zentrale existiert, in der sämtliche Informationen zusammenfließen und verarbeitet werden, fanden die Hirnforscher keinerlei Hinweise. Wie schafft es das Gehirn dennoch die verschiedenen neuronalen Ensembles zu einer zeitgleich empfundene Wahrnehmung zu bündeln? 1989 fanden Singer und seine Kollegen die ersten Hinweise dafür, daß sich verschiedene Neuronen, die mit der gleichen Aufgabe befaßt sind, gleichzeitig entladen. Mit Hilfe dieser "zeitlichen Bindung" könnten Nervenzellen sensomotorische Reize verarbeiten und das Gedächtnis ausbilden, vermuten die Hirnforscher heute.

Aufgrund der neuen Forschungsergebnisse verabschiedeten sich die Hirnforscher endgültig von dem seit drei Jahrhunderten bestehenden Konzept, Leib und Seele seien getrennt. "Diese Vorstellung ist von Grund auf falsch", stellte Singer klar. Auch der Vergleich des Gehirns mit einem gigantischen Computersystem erwies sich inzwischen als untauglich. In biologischen Systemen könne nicht zwischen Hard- und Software unterschieden werden. Sowohl die Zellen als auch deren Stoffwechsel bildeten die "Software". Diese gestalte mit Hilfe eines Spektrums an elektrischen und biochemischen Impulsen die Welt in unseren Köpfen.

PZ-Artikel von Angela Haese, Berlin

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