16. Oktober 2012, 13:02 Uhr Lesezeit: 1 min Die Größe des Gehirns im Verhältnis zum Körpergewicht ist für viele Forscher ein Maß für die Intelligenz. Doch dann müsste auch die Spitzmaus große intellektuelle Leistungen vollbringen. Davon ist allerdings nichts bekannt. Die relative Größe des Gehirns in einem Tier wird häufig als Maß für dessen Intelligenz betrachtet. So haben Menschen mit 1,3 bis 1,5 Kilogramm deutlich kleinere und leichtere Gehirne als Pottwale (8,5 Kilogramm) und Elefanten (5 Kilogramm), doch bezogen auf die Körpermasse liegen sie auf den ersten Blick weit vorn im Tierreich: Das Denkorgan macht rund zwei Prozent ihres Gewichts aus. Das Gehirn einese Menschen ist etwa 1,3 bis 1,5 Kilogramm schwer, ein Elefant kommt auf fünf Kilogramm. Trotzdem scheinen wir den Tieren geistig überlegen zu sein. (Foto: Catherina Hess)Wieso aber ist dann die Spitzmaus mit einem relativen Gehirngewicht von vier Prozent bisher nicht durch bedeutende intellektuelle Leistungen aufgefallen? Offenbar ist das Verhältnis von Gehirngröße und Intelligenz komplizierter, wie jetzt auch eine neue Studie von Forschern um den Anthropologen Jeroen Smaers vom University College London zeigt (PNAS, online). Die Wissenschaftler analysierten Daten zu Gehirngröße und Körpergewicht von Hunderten lebenden und ausgestorbenen Fledermausarten, Raubtieren und Primaten. Dabei zeigten sich über die Millionen von Jahren unterschiedliche Trends. Bei Fledermäusen zum Beispiel verkleinerte sich das Gehirn in evolutionären Schrumpfphasen sehr viel langsamer als der Körper, was zu einem erhöhten relativen Gehirngewicht führte. Wahrscheinlich stecken adaptive Vorteile dahinter, vermuten die Autoren: Mit kleinerem Körper konnten die Tiere leichter in der Luft manövrieren, verfügten aber weiter über ausreichend kognitive Leistungsfähigkeit, um in unübersichtlichem Gelände zu navigieren und zu jagen. Bei Primaten hingegen schrumpft das Gehirn in solchen Phasen ein bisschen schneller als der Körper. Relatives Gehirngewicht: Vier Prozent. Trotzdem sind Spitzmäuse - hier eine Weißzahnspitzmaus in Irland - nicht für ihre Intelligenz bekannt. (Foto: D. G. Tosh/J. Lusby/W. I. Montgomery/J. O'halloran)"Änderungen in der Körpergröße geschehen häufig unabhängig von Änderungen in der Gehirngröße - und umgekehrt", sagt Jeroen Smaers. Damit sei die These fraglich, wonach sich der Körper vor allem nach dem Wachstum des Gehirns richte, das neue geistige Herausforderungen bestehen muss. Daraus folgt, dass das relative Gehirngewicht zumindest im Vergleich entfernter Arten nur begrenzt etwas über Intelligenz aussagt.
Das Gehirn kann als komplexes Organ definiert werden, das sich im Schädel befindet und die Aktivität des Nervensystems steuert. Es ist Teil des Zentralnervensystems (ZNS) und bildet den größten Teil des Encephalons. Es befindet sich in der vorderen und oberen Region der Schädelhöhle und ist bei allen Wirbeltieren vorhanden. Im Schädel schwimmt das Gehirn in einer durchsichtigen Flüssigkeit, der Cerebrospinalflüssigkeit, die das Gehirn sowohl physisch als auch immunologisch schützt. Ist das Gehirn ein Muskel? Auch wenn man das Gehirn umgangssprachlich mit einem Muskel vergleicht, der trainiert werden muss, damit er nicht verkümmert, ist das Gehirn in Wahrheit kein Muskel. Das Gehirn besteht nicht aus Myozyten (Muskelzellen), sondern aus Millionen von Neuronen, die durch Axone und Dendriten verbunden sind. Diese regulieren jede einzelne unserer Gehirn- und Körperfunktionen: das Atmen, Essen, Schlafen, die Fähigkeit des logischen Denkens, sich zu verlieben, oder mit jemandem zu streiten. All diese Fähigkeiten werden vom Gehirn kontrolliert, wobei diese nur einen Teil der zerebralen Funktionen darstellen. Als wichtiger Teil des Encephalons und des ZNS kann das Gehirn als "Manager" definiert werden, der die Mehrheit der geistigen und körperlichen Funktionen kontrolliert und reguliert: Das Gehirn ist zuständig für vitale Funktionen wie Atmen, Herzrhythmus, Schlafen, Hunger und Durst, aber auch für höhere Funktionen wie logisches Denken, Gedächtnis, Aufmerksamkeit (Corbetta & Shulman, 2002) und die Kontrolle der Emotionen und des Verhaltens... Alle Ereignisse in unserem Leben während des Schlafens oder im Wachzustand werden von unserem Encephalon reguliert: Atmen, Schlucken, Sehen, Höhren, Berühren, Schmecken, Lesen oder Schreiben, Singen, Tanzen, stilles Denken oder lautes Sprechen, Lieben oder Hassen, Gehen oder Rennen, Planen oder Spontanität, Vorstellen oder Schaffen usw. Einige der wichtigsten Gehirnfunktionen sind:
"Menschen sollten wissen, dass nur vom Gehirn Freude, Vergnügen, Lachen und Wonne, aber auch Sorgen, Kummer, Mutlosigkeit und Wehklagen ausgehen. Das Gehirn ermöglicht es uns auf ganz besondere Art, Weisheit und Wissen zu erwerben. Wir hören und sehen und wissen, was verderbt und was gerecht, gut oder schlecht, süß oder geschmacklos ist... Dasselbe Organ bewirkt, dass wir verrückt oder wahnsinnig werden, von Angst und Schrecken geplagt werden... Wir müssen all dies ertragen, wenn das Gehirn nicht gesund ist... In diesem Sinne bin ich der Meinung, dass dieses Organ die größte Macht des Menschen ist. Hippokrates (4. Jahrhundert v. Chr.) Zwar wusste Hippokrates noch nicht genau, wie das Gehirn tatsächlich funktioniert, doch er ahnte bereits, dass das menschliche Gehirn eines der komplexesten, geheimnisvollsten und gleichzeitig perfektesten Kreationen des Universums ist. Damals konnten Hippokrates und seine Zeitgenossen sich nicht im Entferntesten vorstellen, was wir inzwischen alles über das Gehirn wissen. Dank der technologischen Fortschritte in Neuroimaging, Medizin, Biologie, Psychologie und den Neurowissenschaften im Allgemeinen haben wir viele der großen Mysterien über die Anatomie und Funktionen des Gehirns entschlüsselt. Trotzdem stehen noch sehr viele Fragen und Zweifel offen. Alle Wirbeltiere haben ein Gehirn, doch Größe, Form und Eigenschaften unterscheiden sich bei den verschiedenen Tierarten stark. Wir können oben ein menschliches Enzephalon betrachten, das sich vorwiegend aus folgenden Teilen zusammensetzt:
Wie viel wiegt das menschliche Gehirn? Wie groß ist es? Wie viele Neuronen befinden sich im Gehirn?
NEURONEN: Neuronen sind Zellen, die darauf spezialisiert sind, Information auf interzellulärer und intrazellulärer Ebene aufzunehmen, zu verarbeiten und weiterzugeben. Dies erfolgt durch elektrochemische Signale (Nervenimpulse), die Aktionspotential genannt werden. Die Struktur der Neuronen weist dieselben Zytoplasma-Elemente und dieselbe genetische Information auf, wie die restlichen Zellen im Organismus. Trotzdem zeichnen sich Nervenzellen durch ganz spezielle Eigenschaften aus. Neuronen bestehen aus drei Teilen:
GLIAZELLEN: Die meisten Zellen im ZNS sind Gliazellen. Sie haben die Fähigkeit, sich im erwachsenen Gehirn zu teilen (Neurogenese) und sie sind für das korrekte Funktionieren des Gehirns notwendig. Die Gliazellen bilden das wichtigste Stützgerüst für die Nervenzellen: Sie umhüllen die Axone mit Myelin, um die synaptische Übertragung zu verbessern. Außerdem sind sie an der Nährstoffversorgung der Zellen beteiligt, für die Regeneration und Reparation der Nervenzellen wichtig und spielen unter anderem auch bei Immunisierungsmechanismen und der Erhaltung der Blut-Hirn-Schranke eine Rolle. Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Arten von Gliazellen im ZNS, darunter beispielsweise Astrozyten, Oligodendrozyten oder Mikroglia. Im peripheren Nervensystem sind beispielsweise Schwann-Zellen, Satellitenzellen und Makrophagen vorzufinden. Das Gehirn funktioniert durch den Informationsaustausch zwischen den Neuronen (oder anderen Rezeptor- oder Effektorzellen) durch elektrochemische Impulse. Die Informationsübertragung geschieht durch die Synapse. Bei diesem Vorgang verbinden sich Neuronen mit Zellen, wobei durch chemische Ladungen, elektrische Impulse und Neurotransmitter die Aktion einer anderen Zelle stimuliert oder blockiert werden kann. Durch die präsynaptische Endigung (Axonterminale) kommuniziert eine Nervenzelle mit den Dendriten, dem Zellkörper oder auch mit einem anderen Axon einer zweiten Nervenzelle. Die Informationsübertragung der Neuronen spielt sich innerhalb von Millisekunden ab. Hunderte von Verbindungen, die es uns erlauben, wahrzunehmen, zu verstehen und entsprechend zu reagieren, werden gleichzeitig hergestellt und koordiniert. Wir erhalten Tausende von Inputs (Informationseingang) und generieren auch unzählige Outputs (Informationsausgang) in Sekundenschnelle. Trotz der großen Geschwindigkeit führen Neuronen diese Prozesse mit großer Genauigkeit aus. Wie entwickelt sich das Gehirn? Um genau zu verstehen, was das Gehirn ist, müssen wir wissen, wie es sich entwickelt. Die Entwicklung des menschlichen Gehirns beginnt im Embryonalstadium und endet in der Jugend. Nur vier Wochen nach der Empfängnis formt sich das Neuralrohr, das grundlegend für die Entwicklung des Gehirns und des Nervensystems im Allgemeinen ist. Denn daraus entwickelt sich das Encephalon und das Rückenmark. Damit beginnt der atemberaubende Prozess der Proliferation, Migration und Zelldifferenzierung, der die Bildung und Entwicklung des Gehirns ermöglicht. Die Neuronen entstehen in der ventrikulären Zone des Neuralrohrs und wandern dann zu ihrem Zielort im Gehirn. Danach kommt es zur Differenzierung und Spezialisierung der Zellen, die verschiedene Funktionen im Gehirn übernehmen. Man schätzt, dass im vorgeburtlichen Stadium bis zu 250000 Gehirnzellen pro Minute produziert werden können. Bei der Geburt verfügt ein Baby bereits über alle benötigten Nervenzellen, doch diese sind noch nicht richtig miteinander verbunden. In den ersten zwei Lebensjahren beginnen die Neuronen dann entsprechend genetischer Faktoren Verbindungen herzustellen. Doch die Beziehung zur Umgebung ist für das Überleben der bereits hergestellten und auch für neue Verbindungen grundlegend. Der Myelinisierungsprozess (dabei werden Nervenfasern mit einer Isolierschicht aus Fett umgeben, damit Information schneller übertragen werden kann) ermöglicht, dass diese Entwicklung schneller ausgeführt werden kann und ist dafür verantwortlich, dass das Encephalon größer wird. Die Gehirnentwicklung hängt vom Alter ab: Im Alter von 0-12 Monaten: Verallgemeinernd kann man sagen, dass bei Neugeborenen nur das Rückenmark und der Hirnstamm gut entwickelt sind, deshalb reagieren sie nur auf Reflexe und führen nur grundlegende überlebenswichtige Funktionen aus, wie Schlafen, Essen oder Weinen. Durch die Beziehung zur Umwelt werden jedoch neue neuronale Verbindungen geschaffen und so lernen Babys schnell Neues, beispielsweise, die Bewegung der Augen, komplexere Bewegungen, die Wiederholung von Lauten, das Verstehen von Sprache... Im Alter von 3 Jahren: Das Gehirn hat bereits 80% der Größe eines erwachsenen Gehirns erreicht. Das limbische System und die Hirnrinde (Cortex) sind weitgehend entwickelt. Dadurch können sich Kinder in diesem Alter ausdrücken, Emotionen erkennen, spielen und mit dem Sprechen und Zählen beginnen. Bis zu diesem Alter ist die Gehirnplastizität am größten. Auch wenn ein Gehirnbereich Schaden leiden sollte, können die Funktionen von anderen Arealen übernommen werden (da die Spezialisierung noch nicht vollständig abgeschlossen ist). Erst nach der Jugend ist die Entwicklung des Gehirns abgeschlossen: Der präfrontale Cortex im Frontallappen benötigt am längsten in der Entwicklung. Dieser Gehirnbereich steht in enger Verbindung mit Verhalten, logischem Denken, Problemlösung usw. Auch nach Abschluss der Gehirnentwicklung in der Jugend laufen in bestimmten Bereichen neurogenetische Prozesse (Bildung neuer Nervenzellen) weiter. Die Neuroplastizität ist zwar vorhanden, doch sie lässt nach und ist geringer als in der Kindheit. Doch es können weiterhin neue Nervenverbindungen durch Training und Stärkung der vorhandenen neuronalen Verbindungen aufgebaut werden. Dies ist die Grundlage der Neuroplastizität. Dank der Gehirnplastizität und der Fähigkeit, neue neuronale Verbindungen zu schaffen und bereits vorhandene zu stärken, können wir unsere kognitiven Fähigkeiten verbessern. Corbetta, M. y Shulman, G. L. (2002). Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat Rev Neurosci, 3 (3), 201-215. Miller, E. K. (2000). The prefrontal cortex and cognitive control. Nat Rev Neurosci, 1 (1), 59-65. Miller, E. K. y Cohen, J. D. (2001). An integrative theory of prefrontal cortex function. Annu Rev Neurosci, 24, 167-202. Squire, L.R. (1992) Memory and the hippocampus: a synthesis from findings with rats, monkeys and humans. Psychol Rev, 99, pp.195-231. |