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Gehirn


Rein praktisch betrachtet ist das menschliche Gehirn eine miese Erfindung der Evolution.
Obwohl es nur zwei Prozent der Masse ausmacht, verschlingt es zwanzig Prozent der aufgenommenen Kalorien.
Spiegel online 2019

Als Gehirn bezeichnet man den im Kopf gelegenen Abschnitt des Nervensystems, der die zentrale Steuerungszentrale des Körpers bildet. Bei höher entwickelten Tieren bildet das Gehirn zusammen mit dem Rückenmark das Zentralnervensystem. In diesem sind die Sinneszentren und übergeordnete Schaltzentren wie Koordinations- und Assoziationszentren zusammengefasst. Das Gehirn ist für die Ausbildung komplizierter Handlungsabläufe, für die Fähigkeit des Gedächtnisses und für die Ausprägung von Denken, Fühlen, Bewusstsein und Intelligenz verantwortlich.

Das menschliche Gehirn ist dabei ein extrem verteilt organisiertes System, in dem viele Prozesse parallel laufen, die alle miteinander vernetzt sind und sich selbst ­organisieren. Alles was Menschen tun basiert auf Prozessen im Gehirn, die eine Vorgeschichte haben, d. h., sie legen sich die Welt auf Grund ihrer Erfahrungen und ihres Vorwissen zurecht, was letztlich bedeutet, jeder Mensch konstruiert sich seine Welt.

Anatomisch hat das menschliche Gehirn und auch das der meisten Tiere drei Hauptteile: Schon bei niederen Wirbeltieren entstehen aus dem Vorderhirn (Prosencephalon) das der Nase zugeordnete Endhirn (Großhirn) und das den Augen zugeordnete Zwischenhirn. Das Mittelhirn (Mesencephalon) bleibt ungegliedert erhalten. Das Rautenhirn (Rhombencephalon) gliedert sich weiter auf in das Hinterhirn mit dem Kleinhirn und der Brücke sowie in das verlängerte Mark, das den Übergang zum Rückenmark bildet. Mit zunehmender Höherentwicklung vergrößern sich die Teile und differenzieren sich weiter.

Bekanntlich müssen Huftiere sofort nach ihrer Geburt mit ihren Herden ziehen und kommen daher mit nahezu komplett ausgereifter Wahrnehmung und Motorik auf die Welt. Nun untersuchten Ernst et al. (2018) die Gehirnentwicklung bei Föten des Europäischen Wildschweins vom 35 Tage alten Embryonalstadium bis 30 Tage nach der Geburt. Ausgewachsene Wildschweine haben ein hochgradig gefurchtes Gehirn, wobei das grundlegende Muster bereits im 60 Tage alten Embryo erkennbar ist, also etwa nach der Hälfte der 114-tägigen Tragezeit, und bis zur Geburt ist das Furchungsmuster weitgehend ausgereift. Bereits 30 Tage vor der Geburt lassen sich in der Hirnrinde Neuronen erkennen, die auch im erwachsenen Gehirn noch zu finden sind, wobei diese Neuronen auch den Botenstoff GABA produzieren und in ihrer Wirkung hemmend sind. Bei Nagetieren und Fleischfressern lassen sich diese Neuronentypen der adulten Hirnrinde erst etwa zwei Wochen nach der Geburt beobachten. Diese Neuronentypen sind ihrem Erscheinungsbild nach bei Huftieren, Nagern und Carnivoren sehr ähnlich, doch der zeitliche Verlauf der Reifung ist bei Huftieren in die Fetalperiode verlagert.


Übrigens ist der Kopf beim Neugeborenen jener Körperteil, der am schnellsten wächst, da das Gehirn besonders rasch größer wird, denn dreihundert Gramm wiegt etwa das Gehirn bei einem Neugeborenen, während es im Alter von zwei Jahren schon ein drei Mal so großes Gehirn mit neunhundert Gramm besitzt. Aus der Kopfgröße in Relation zur Körperlänge und zum Gewicht des Kindes kann man das Wachstum des Gehirns beurteilen, ob es sich gut und gleichmäßig entwickelt. Bei der Entwicklung des Kopfumfange sind Vererbung und Gene mitentscheidend, sodass sich die Norm immer innerhalb einer gewissen Spannbreite bewegt. Bei der Geburt haben Kinder im Durchschnitt einen Kopfumfang von etwa 34 cm, mit drei Monaten zwischen 38 und 42 cm, mit einem halben Jahr zwischen 41 und 44 cm, mit einem dreiviertel Jahr zwischen 42 und 46 cm und mit einem Jahr zwischen 43 und 47 cm. Der Kopfumfang wächst nach der Geburt also etwa ein bis zwei Zentimeter pro Monat, wobei große Neugeborene für gewöhnlich etwas langsamer wachsen als kleine. Besonders Frühgeburten nehmen in den ersten Monaten ihres Lebens besonders an Kopfumfang zu und können dadurch viele Entwicklungsnachteile der verfrühten Geburt wettmachen, sodass sie mit zwei Jahren zumeist so sehr aufgeholt haben, dass sie von Normalgeborenen nicht mehr zu unterscheiden sind.


Amüsantes zum Gehirnwachstum fand sich in einem hier nicht namentlich genannten Bezirksblättchen unter dem Titel “Wie kommt das Wissen in den Kopf?

“Dass sich der Denkmuskel durch das Lernen verändert, zeigt schon die Veränderung des Gewichts. Im ersten Lebensjahr vergrössert das Baby seine Gehirnmasse von etwa 250 Gramm auf 750 Gramm. Dies geschieht nur dadurch, dass es «lernt». Die Zahl der Nervenzellen im Gehirn bleibt im Laufe des Lebens in etwa konstant, aber es entstehen neue Verbindungen zwischen den Neuronen, die Schaltstellen nehmen zu. Darum wird das Gehirn schwerer. “


Historisches: Um zu verstehen, was die Funktionsweise des menschlichen Geistes bzw. des Gehirns ausmacht, sind seit jeher Vergleiche herangezogen worden. Erst nahm man an, der Mensch werde aus Lehm geformt und ein Gott hauche ihm seinen Geist ein. Später fand man an einem hydraulischen Modell Gefallen, etwa der Vorstellung, dass der Fluss der Säfte im Körper für das körperliche und geistige Geschehen verantwortlich sei. Als im 16. Jahrhundert Automaten aus Federn, Zahnrädern und Getrieben gebaut wurden, kamen Denker wie René Descartes zu der Ansicht, Menschen seien komplexe Maschinen. Nach Entdeckung der Elektrizität verglich Hermann von Helmholtz das Gehirn mit einem Telegrafen. Der Mathematiker John von Neumann konstatierte, dass die Funktion des menschlichen Nervensystems digital sei und zog immer neue Parallelen zwischen den Bestandteilen der damaligen Rechenmaschinen und den Komponenten des menschlichen Gehirns. Nun ist die Vorstellung, das Gehirn arbeite wie ein Computer, die aktuellste Metapher, doch der Vergleich hat weder etwas mit dem aktuellen Wissen über das Gehirn zu tun noch mit der menschlichen Intelligenz oder einem persönlichen Selbst, denn es gibt einen unüberbrückbaren Unterschied zwischen Mensch und Maschine: die Komplexität der Welt. Ein neugeborener Mensch ist bereits mit evolutionär weitergereichten Potenzialen ausgestattet, etwa mit seinen Sinnen, einer Handvoll Reflexen, die für sein Überleben wichtig sind, und mit leistungsfähigen Lernmechanismen, die es ihm ermöglichen, sich schnell anzupassen, so dass er mit seiner Welt immer besser interagieren kann, auch wenn diese Welt sich permanent verändert.

Das Problem: Die Welt besteht ja aus unzähligen Objekten mit einer unendlichen Vielfalt, wobei Menschen diese aus unterschiedlichen Blickwinkeln wahrnehmen und doch erkennen, dass ein Glas ein Glas ist, und zwar unabhängig von seiner Form, seiner Größe oder seiner Position im Raum. Es ist daher eine ganz zentrale Frage, wie Menschen in der Lage sind, die Bestandteile ihrer Umgebung zu identifizieren, nach welchen Regeln sie etwa visuelle Informationen nutzen, um dann Entscheidungen zu treffen. Diese Fragestellung ist übrigens auch zentral für die computergestützte Kognitionsforschung, in der man prinzipiell verstehen will, an welchen Merkmalen Menschen Objekte festmachen, d. h., dass sie ein Objekt überhaupt als solches erkennen und wie sie dann sinnvoll damit interagieren können, Diese visuelle Wahrnehmung von Gegenständen ist dabei eine erstaunliche Fähigkeit, wenn man bedenkt, dass sich die Umgebung ja ständig verändert und man daher laufend neue Sinneseindrücke von Objekten wahrnimmt, die man zuvor so noch nicht erlebt hat. Dabei läuft gewissermaßen im Hintergrund eine komplexe Abfolge an Wahrnehmungs- und Entscheidungsprozessen ab, durch die Menschen dann Eigenschaften von Objekten erkennen und diese danach einteilen können, wenn sie ein Objekt ausmachen und es von anderen unterscheiden.


Amüsantes: In einer Community fand sich folgende unterhaltsame Antwort auf die Frage “Ist das menschliche Gehirn ein Evolutionsfehler?

Es war das Zusammenspiel von gleich mehreren Faktoren, die alles aus dem Gleichgewicht gebracht haben. Unser Gehirn konnte nur deshalb so groß werden, weil unsere Vorfahren die Augen vorn im Gesicht hatten, nebeneinander wie Raubtiere. Sie konnten damit räumlich sehen. Dazu kommt der aufrechte Gang und die frei gewordenen Hände. Mit den nebeneinander liegenden Augen, dem aufrechten Gang und den frei gewordenen Händen konnte das Gehirn wachsen und mit dem Wachstum wurden unsere Vorfahren immer geschickter, was zu noch mehr Wachstum des Gehirns führte. Es liegt also nicht nur an unserem Gehirn. Der Mensch an sich ist eine Fehlkonstruktion. Der aufrechte Gang verschafft uns Rückenschmerzen, denn unsere Wirbelsäule wurde nicht dafür konstruiert, das Gewicht unseres Oberkörpers ganz allein zu tragen. Wir brauchen Entlastung für unseren Rücken und weil wir in unseren Breiten nicht auf dem kalten Boden schlafen wollen, brauchen wir ein Bett. Weil dieses Bett nicht im Regen stehen soll, brauchen wir ein Dach über dem Kopf. Weil unser Gehirn so groß ist, muss es ständig beschäftigt werden. Wir brauchen Unterhaltung. Jeder von uns besitzt einen Fernseher und einen Internetzugang. All das hätten wir nicht, wenn wir auf allen Vieren gehen würden oder wenn unsere Augen an den Seiten unseres Schädels liegen würden wie bei Pferden. Unser Gehirn könnte dann nicht wachsen. Wir wären nicht geschickt, wir bräuchten keine Entlastung für unseren Rücken und wir bräuchten auch keine ständige Unterhaltung. Wir wären zufrieden mit einer Handvoll Nüssen und ein wenig Sonnenschein.


Künstlerisches:
Gehirn einschalten

Der Neurowissenschaftler Karl Friston beschreibt übrigens die grundlegende Arbeitsweise des Gehirns als Prinzip der freien Energie (free energy principle), d. h., das Gehirn vermeidet Überraschungen, also freie Energie, so gut es geht, und verbessert zu diesem Zweck permanent die eigenen Prognosen darüber, was sich in der Welt ereignet.


Der Neurologe Magnus Heier über das Gehirn: Sie müssen sich Ihr Gehirn wie ein unfassbar einsames Organ vorstellen. In Ihrem Gehirn entsteht zwar eine Welt, in der sich mich hören und sehen. Und wenn Sie Pech haben, riechen Sie mich auch. Sie haben also eine präzise Vorstellung von Ihrer Umgebung. Das ist natürlich alles Quatsch. Ihr Gehirn liegt in einer dunklen Höhle ohne jeden Kontakt nach außen. Das Gehirn hört nicht, sieht nicht, riecht nicht, fühlt nicht. Sie können es streicheln oder sogar operieren, es merkt es gar nicht. Es bekommt lediglich elektrische Signale von außen. Aus dem Auge, aus dem Ohr, von der Zunge. Und aus diesen elektrischen Signalen konstruiert es eine Welt, in der oder mit der es leben kann. Ob das irgendetwas mit der objektiven Welt da draußen zu tun hat, ist stark zu bezweifeln. Es gibt da draußen keine Farben. Was sie als „blau“ und schön empfinden ist keine Farbe, das ist eine Wellenlänge des Lichts. Im Grunde haben Sie ein wahnhafte Vorstellung Ihres Äußeren. (…) Ich nehme Ihnen damit auch die Illusion, dass Sie irgendwelche Dinge sachlich, nüchtern, objektiv, nachvollziehbar verarbeiten. Das tun Sie alles nicht. Sie sind geprägt von Eindrücken, Emotionen und Irrationalitäten. Ihre Partner-, Handy- oder Autowahl steht zum Beispiel auf ganz anderen Füßen, als Sie glauben. Wir können sogar beweisen, dass Ihre Entscheidungen umso klüger werden, je mehr Ihr Bewusstsein abgelenkt wird. Je besser und aktiver Ihr Unterbewusstsein vor Entscheidungen arbeiten kann, umso besser werden diese ausfallen.


Kopffüßer wie Sepien und Tintenfische besitzen ein sehr komplexes Gehirn, denn nach einer detaillierten Magnetresonanzuntersuchung eines Tintenfischgehirns war dieses mit dem Gehirn eines Hundes durchaus vergleichbar, wobei dieses nach der Anzahl der Neuronen das Gehirn von Mäusen und Ratten sogar übertrifft. Kopffüßer wie der Sepioteuthis lessoniana besitzen mehr als fünfhundert Millionen Neuronen im Vergleich zu zweihundert Millionen bei Ratten oder zwanzigtausend bei gewöhnlichen Weichtieren. Dies erklärt das komplexe Verhalten von Kopffüßern, einschließlich der Fähigkeit, etwa ihre Farbe zu ändern, um sich zu tarnen, und miteinander unter Verwendung einer Vielzahl von Signalen zu kommunizieren. Zahlreiche neuronale Schaltkreise sind dabei für die Tarnung und visuelle Kommunikation angelegt, wodurch Tintenfische in der Lage sind, Raubtieren auszuweichen oder erfolgreich zu jagen. Dies Ähnlichkeit des Zentralnervensystems mit Wirbeltieren bestätigt die Konvergenzevolutionshypothese, nach der Organismen in verschiedenen Arten unabhängig voneinander ähnliche Merkmale entwickelt haben. Die Ähnlichkeit mit Nervensystemen der Wirbeltiere ermöglicht es sogar, die Funktion des Nervensystems der Kopffüßer auf der Ebene des Verhaltens vorherzusagen, wobei einige Neuronennetze für das Verhalten mit visueller Kontrolle wie etwa die Tarnung unter Berücksichtigung des Schattens zuständig sind, um sich besser in einen Hintergrund einzufügen.


Siehe dazu Das menschliche Gehirn.

Literatur

Ernst, L., Darschnik, S., Roos, J., González-Gómez, M., Beemelmans, C., Engelhardt, M., Meyer, G. & Wahle, P. (2018). Fast prenatal development of the NPY neuron system in the neocortex of the European wild boar, Sus scrofa. Brain Structure and Function, doi:10.1007/s00429-018-1725-y.
Glaser, P. (2018). Was Menschen der Künstlichen Intelligenz voraus haben.
WWW: https://www.stuttgarter-nachrichten.de/inhalt.kolumne-glasers-perlen-was-menschen-der-kuenstlichen-intelligenz-voraus-haben.8603ac79-09ff-4a8c-b406-5237ee2b06fb.html (18-08-30)
https://www.gutefrage.net/frage/ist-das-menschliche-gehirn-ein-evolutionsfehler (19-05-01)
https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/chile-forscher-untersuchen-mini-affen-mit-super-hirn-a-1283141.html (19-08-23)
https://www.ikz-online.de/staedte/iserlohn/das-gehirn-ist-ein-unfassbar-einsames-organ-id228689147.html (20-03-14)


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