Das menschliche Gehirn - ein Supercomputer wird entdeckt

Das Gehirn: Unendliche Windungen. Wir schreiben das Jahr 2006. Dies ist das Logbuch der "Brain Awareness Week", die weltweit vom 13.3. – 19. 3. 2006 begangen wird.

Unerreichte Perfektion

"Brain Awareness Week" klingt utopisch? In zahlreichen Veranstaltungen rund um den Globus wird seit Anfang der Neunziger Jahre jedes Jahr im März regelmäßig auf aktuelle Forschungsvorhaben, Lern- und Arbeitserfolge und die unglaubliche Komplexität unserer „grauen Zellen" hingewiesen.


Dieser Begriff bezieht sich übrigens auf die Ganglienzellen und marklosen Nervenfasern, die das zentrale Nervensystem ausmachen und die nicht mit einer weißen Isolierschicht überzogen sind – daher erscheinen sie gräulich. Wie viele Windungen das Gehirn tatsächlich hat, lässt sich nicht sagen. Was in den Gehirnwindungen geschieht, ist auch heute noch in vielen Einzelheiten ungeklärt. Sicher ist laut einer Studie der Goethe-Universität Frankfurt jedoch, dass Frauen über mehr Gehirnwindungen als Männer verfügen. Weil es kleiner ist als sein männlicher Gegenpart, wird seine Leistungsfähigkeit durch eine insgesamt größere Oberfläche und mehr Vernetzungen der Nervenzellen untereinander erhöht. Aber ob männlich oder weiblich: In jedem Fall ist das menschliche Gehirn die Schaltzentrale, die unser Leben bestimmt. Das Gehirn koordiniert unsere Fähigkeit, uns zu bewegen, zu fühlen, zu sehen, zu riechen, Worte und Zahlen zu bilden, uns mit anderen Menschen auszutauschen, Musik zu hören und sogar selbst zu komponieren – kurzum: Was wir sind und was uns als Menschen ausmacht, wird über unser Gehirn geregelt. In der Regel merken wir gar nicht, was alles passieren muss, damit wir die Eindrücke und Informationen unserer Umwelt wahrnehmen und umsetzen können.

Großhirn an Kleinhirn...

Das Gehirn besteht aus drei Teilen:

• dem Großhirn (Cerebrum),
• dem Hirnstamm und
• dem Kleinhirn (Cerebellum).

Das Großhirn wird durch zwei Gewebemassen in die linke und die rechte Großhirnhälfte geteilt. In der Mitte sind beide Hälften durch Nervenfasern, die sogenannten Balken, geteilt. Die beiden Hirnhälften werden nochmals in die vier Hirnlappen unterteilt. Im Stirnlappen, der auch Frontallappen genannt wird, wird erlerntes motorisches Verhalten einschließlich Sprache, Stimmung und Denken kontrolliert. Im Scheitellappen (Parietallappen) werden die Körperbewegungen koordiniert und die Sinneswahrnehmungen verarbeitet. Im Hinterhauptlappen (Okzipitallappen) werden Licht- und Wahrnehmungsreize, die auf die Augen treffen, zu Bildern zusammengesetzt, die für uns erkennbar sind. Der Schläfenlappen (Temporallappen) erzeugt Erinnerungen und Gefühle. Hier können langfristig gespeicherte Erinnerungen abgerufen und verarbeitet werden und Gespräche und Aktionen ausgelöst werden. Über 100 Milliarden Nervenzellen im gesamten Körper sorgen dafür, dass Reize und Informationen zum Gehirn geleitet werden und dass die "Antworten" des Gehirns an die einzelnen Organe weitergeleitet und ausgeführt werden.

Basis an Zentrale...

An der Basis des Großhirns lagern Basalganglien, Thalamus und Hypothalamus. Die Basalganglien, eine Nervenzellenart, sorgen dafür, dass unsere Bewegungen flüssiger und geschmeidiger ablaufen. Im Thalamus wird die Übertragung der Sinneswahrnehmungen an die Großhirnrinde koordiniert und im Hypothalamus werden automatisch ablaufende Körperfunktionen wie zum Beispiel die Körpertemperatur oder der Wasserhaushalt geregelt. Andere entscheidende Körperfunktionen werden vom Hirnstamm überwacht. Atmung, Schlucken, Herzschlag oder Stoffwechsel können nur dann funktionieren, wenn der Hirnstamm intakt ist. Eine schwere Verletzung am Hirnstamm führt in der Regel in kurzer Zeit zum Tod. Das Kleinhirn liegt genau über dem Hirnstamm unterhalb des Großhirns und ist für die Koordination und Feinabstimmung der Körperbewegungen zuständig. Das gesamte Gehirn ist von Hirnhäuten umgeben, die unseren Denkapparat zusammen mit der knochigen Struktur des Schädels und dem Hirnwasser vor Beschädigungen schützen sollen. Wer sich vor Augen hält, dass die äußere knöcherne Hülle des Schädels die empfindlichen Nervenzellen und ihre neuronalen Netze schützt, der kann leicht verstehen, dass Helme zum Schutz von Schädel und Gehirn beim Fahrradfahren, Reiten, Skifahren und vielen anderen Sportarten lebenswichtig sind.

Komplexe Nervenschaltungen

Wie komplex die Leistungen unseres Supercomputers sind, fällt oft erst dann auf, wenn er ausfällt. Wer unter dem Stichwort "Erkrankungen von Gehirn und Nerven" sucht, der findet unter anderem:

• Schmerzen, Kopfschmerzen
• Muskelschwäche, Krampfanfälle
• Multiple Sklerose
• Bandscheibenvorfall
• Gesichtslähmung, Schlaganfall
• Hirnhautentzündungen
• Störungen des Geruchs- und Geschmacksinns
• Querschnittslähmungen

und vieles mehr. In vielen Fällen können sich Menschen von Hirnschädigungen erholen. Das ist unter anderem auch deshalb möglich, weil andere Regionen im Gehirn die Aufgaben des ausgefallenen Bereiches übernehmen können. In einigen Fällen können auch mit Hilfe intensiver Rehabilitationsmaßnahmen nur mühsame Fortschritte erzielt werden. Hirnforscher weltweit arbeiten daran, die Funktionsweise des Gehirns noch genauer zu entschlüsseln. Ohnehin ist die Hirnforschung noch eine relativ junge Wissenschaft: Erst die Elektroenzephalografie (EEG) ermöglichte es überhaupt, die elektrische Aktivität von Nervenzellgruppen zu messen. Damit wusste man aber nicht, in welchem Bereich innerhalb des Gehirns sich die Aktivität abspielte. Moderne bildgebende Verfahren, die den Energiebedarf von Hirnregionen messen, besitzen eine bis in den Millimeterbereich reichende Auflösung, die die Frage nach dem Ort des Geschehens im Gehirn klären kann. Unterstützt werden die Hirnforscher dabei vor allem durch die Entwicklung der Informatik und der ultraschnellen Rechner. Die Frage, ob ein Hochleistungsrechner dem menschlichen Gehirn überlegen ist, stellt sich schon lange nicht mehr. Eher wird inzwischen umgekehrt gefragt, in wie weit detaillierte Modelle mit Hochleistungsrechnern den Prozessen des menschlichen Supercomputers nahe kommen können.

Heilen und Forschen

Bis die Funktionsweise des Gehirns ganz entschlüsselt sein wird, werden noch unzählige Jahre vergehen. Hirnforscher hoffen, innerhalb der nächsten zehn Jahre die wichtigsten neurobiologischen und genetischen Grundlagen von Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson schneller zu erkennen und damit letztlich besser heilen oder wenigstens lindern zu können. Auch eine neue Generation von Medikamenten gegen psychische Erkrankungen, die direkt und möglichst ganz ohne Nebenwirkungen in bestimmten Hirnregionen wirken können, sehen sie voraus. Ein weiteres junges Feld der Forschung, die Neuroimmunologie, beschäftigt sich mit Erkrankungen in allen Geweben des Nervensystems (Gehirn, Rückenmark, Nerven, Muskeln), die durch immunologische Prozesse ausgelöst oder aufrechterhalten werden. Weil sich in den letzten Jahren herausgestellt hat, dass auch bei degenerativen Krankheiten des zentralen Nervensystems wie zum Beispiel Alzheimer Vorgänge im Immunsystem für das Fortschreiten wesentlich sind, müssen auch neuroimmunologische Therapieansätze verfolgt werden. Hirnforscher beschäftigen sich aber nicht nur mit Erkrankungen des Gehirns oder den Folgen davon. Alles, was zum Beispiel mit Lernen zu tun hat, hat auch mit dem Gehirn zu tun. Und der Spruch "Was Hänschen nicht lernt, lernt Hans nimmermehr" scheint auch widerlegt zu sein. Dahinter nämlich steckt die Annahme, dass die Entwicklung des Gehirns irgendwann in der Jugend abgeschlossen ist und die neuronale Vernetzung dann ihren Endpunkt erreicht hat. Zwar nimmt die Lernfähigkeit des Gehirns im Laufe des Alters ab, aber längst nicht in dem Unfang wie bisher angenommen. Und sowohl Hans als Grete können auch mit 50+ noch eine Menge lernen – die nächsten Jahre werden das unzweifelhaft belegen. Wer mehr über die spannende Entdeckung des Gehirns wissen möchte, der kann im Kosmos Gehirn nachschauen.