Einige oder alle dieser Punkte mögen zutreffen. Aber dahinter steht das, was alles möglich macht: das ganz besondere Gehirn, das wir Menschen entwickelt haben, und die Art und Weise, wie es uns erlaubt, mit unseren Welten zu interagieren — unseren physischen Welten, unseren sozialen Welten und unseren Vorstellungswelten. Dieses Gehirn ist etwas ganz Besonderes, und es ist das, was den Menschen zu dem macht, was er ist.
Unser Gehirn ermöglicht es uns, Dinge zu sehen und dem, was wir tun, einen Sinn zu geben. Es ermöglicht uns zu handeln: uns zielgerichtet zu bewegen und Dinge zu tun, wenn wir sie brauchen oder wollen. Sie ermöglichen uns zu hören: Schwingungen in der Luft zu interpretieren, zu erkennen, woher sie kommen und ihre wahrscheinliche Ursache zu identifizieren. Dasselbe gilt für alle anderen Sinne, einschließlich der Sinnesrezeptoren in unserem Körper, die uns mitteilen, was unsere Muskeln und Gelenke tun. Unser Gehirn ermöglicht es uns, uns in der materiellen Welt zurechtzufinden: Informationen von ihr zu erhalten und in ihr zu handeln.
Aber sie können noch viel mehr. Unser Gehirn ermöglicht es uns, uns an Dinge zu erinnern — und das auf mehr als eine Art und Weise. Es speichert bewusste Erinnerungen wie PIN-Nummern und Adressen, aber es erlaubt uns auch, uns an Dinge zu erinnern, die in der Vergangenheit passiert sind, und es erlaubt uns sogar, uns an Dinge zu erinnern, die in der Zukunft passieren werden. Sie ermöglichen es uns, Fähigkeiten zu speichern, so dass wir Handlungen oder Erkenntnisse reibungslos ausführen können, ohne bewusst über die damit verbundenen Schritte nachdenken zu müssen, und sie speichern Muster und Bedeutungen, so dass wir neuen Dingen, denen wir begegnen, einen Sinn geben können. Sie ermöglichen uns sogar, uns Dinge vorzustellen, die in der Zukunft passieren könnten — oder vielleicht nie passieren werden.
Als soziale Tiere ist es wichtig, dass wir Menschen erkennen können. Unser Gehirn ermöglicht es uns, Gesichter und Körper zu erkennen und zwischen bekannten und unbekannten Personen zu unterscheiden. Unser Gehirn ermöglicht es uns auch, Bindungen und Beziehungen aufzubauen, die die Grundlage für ein soziales Leben sind, und mit anderen Menschen zu kommunizieren — mit Worten, Zeichen oder Symbolen. Auf einer abstrakteren Ebene ermöglicht unser Gehirn auch das Lesen, Schreiben und Rechnen, wofür jeweils bestimmte Hirnareale zuständig sind. Aber Menschsein ist mehr als nur das Vorhandensein dieser geistigen Fähigkeiten: Erst unsere Fähigkeit, uns in andere hineinzuversetzen, macht uns wirklich menschlich, und unser Gehirn stellt uns auch die Mechanismen für Selbsterkenntnis, Identifikation und Empathie zur Verfügung.
Auch wir haben Gefühle, und das ist nur möglich, weil sich unser Gehirn so entwickelt hat. Wir empfinden Wut, Angst, Glück und Ekel, wir empfinden Freude und Schmerz und wir reagieren auf Belohnung. Es gibt Zeiten, in denen wir wach und erregt sind, Zeiten, in denen wir entspannt sind oder Zustände wie Achtsamkeit erleben, und Zeiten, in denen wir schlafen. Diese Bewusstseinszustände sind Teil der Funktionsweise unseres Gehirns. Und als Menschen, die ein modernes Leben führen, treffen wir auch Entscheidungen. Das menschliche Gehirn ist in der Lage, Entscheidungen auf verschiedenen Ebenen zu treffen, von der Entscheidung, einen Kaffee zu trinken, bis zur Entscheidung, ein Haus zu kaufen. Das Gehirn ist ein erstaunliches Gebilde, und ich werde Ihnen zeigen, wie es funktioniert.
Wie entstand das Gehirn?
Wie wurde unser Gehirn so komplex? In der Evolutionsgeschichte hatten die ersten Tiere noch kein Gehirn. Sie waren einfache Einzeller, ähnlich den heutigen Amöben, die in ihrer flüssigen Umgebung schwammen und Nahrungspartikel aufnahmen, wenn sie auf sie trafen. Als sich komplexere Tiere entwickelten, war einer ihrer Vorteile, dass sie Nahrungsquellen in der Nähe erkennen konnten. Sie begannen, spezialisierte Zellen zu entwickeln, die in der Lage waren, chemische Veränderungen in ihrer Umgebung zu erkennen, die durch Nahrung in der Nähe hervorgerufen wurden, und andere Zellen, die ihnen halfen, ihren Körper dorthin zu bewegen. Darüber hinaus entwickelten sie ein zentrales Verschaltungssystem, das es ihnen ermöglichte, die erhaltenen Informationen zu nutzen und ihre Umgebung entsprechend zu steuern. Dieses zentrale Vernetzungssystem fungierte als Koordinator zwischen den eingehenden Informationen und den daraus resultierenden Handlungen.
Und das war der Anfang. Die ersten Nervensysteme waren ein einfaches, leiterartiges Netzwerk von Fasern im Körper, die durch eine einfache Röhre (wir nennen sie Neuralrohr) verbunden waren. Etwas Ähnliches findet sich auch im Körper der heutigen Planarien, der Plattwürmer. Es ist einfach, aber wir wissen, dass es funktioniert, denn sie überleben bis heute. Als die Tiere komplexer wurden, entwickelte sich auch die Struktur des Nervensystems. Das vordere Ende des Neuralrohrs begann sich zu vergrößern: Es war das Koordinationszentrum, das Informationen von den Detektoren empfing, die mögliche Nahrung, Licht oder andere Informationen wie Vibrationen erkannten, wenn sie darauf hindeuteten, dass etwas Großes in der Nähe war.
Diese Sensoren wurden schließlich zu Sinnesorganen, und der vergrößerte vordere Teil des Neuralrohrs wurde zum Gehirn. Der restliche Teil des Neuralrohrs, der entlang des Körpers verlief, wurde zum Rückenmark, und die Zellen, die Informationen zu und von ihm weiterleiteten, wurden zu den somatischen Nerven. Aber obwohl es so viel komplizierter wurde, war und ist es immer noch eine Art Rohr. Es hat nur am Ende ein paar Knubbel.
Zur Zeit der Dinosaurier waren die Tiere bereits viel komplexer geworden. Die Schwellung am vorderen Ende des Neuralrohrs hatte sich zu einem Gehirn entwickelt — nicht sehr groß, aber mit verschiedenen Teilen, die die verschiedenen Körpermechanismen koordinierten, die das Tier am Leben hielten, wie Atmung, Verdauung und Herzschlag. Das Gehirn empfing auch Informationen von den Sinnen, die mit eigenen Organen, Nerven und spezialisierten Teilen des Gehirns viel ausgefeilter geworden waren. Auch Bewegung und Gleichgewicht waren zu lebenswichtigen Funktionen geworden, für die sich ein großer Teil des Gehirns entwickelt hatte. Und sogar eine Art Gedächtnis, wenn auch weniger komplex als das Erinnerungsvermögen, hatte sich entwickelt. Das Gehirn der Dinosaurier war winzig im Vergleich zu unserem modernen menschlichen Gehirn, aber es funktionierte, und es funktionierte sehr gut. Die Dinosaurier beherrschten die Erde viele Millionen Jahre lang, und ihre Nachfahren, die Vögel, leben noch heute unter uns.
Die gleiche Entwicklung des Gehirns gilt auch für andere Tiere wie Fische, Amphibien und Reptilien. Ihre Anpassung an verschiedene Ökosysteme und Nahrungsquellen hat sie zu den unterschiedlichsten Lebewesen gemacht. Einige dieser Ökosysteme veranlassten sie, einen hoch entwickelten Geruchssinn zu entwickeln, was zu einer Vergrößerung des für den Geruchssinn zuständigen Teils des Gehirns führte. Andere erforderten ein scharfes Sehvermögen, so dass sich der für das Sehen zuständige Teil des Gehirns vergrößerte. Einige Tiere entwickelten eine ausgeprägte Sensibilität für Vibrationen in der Luft, was zu einer Vergrößerung des Hörzentrums im Gehirn führte, und so weiter. So wie sich die Tiere entwickelt haben, um sich an ihre Umwelt anzupassen, so hat sich auch das Gehirn entwickelt, um diese Anpassung zu koordinieren.
Zur Zeit der Dinosaurier entstand eine weitere Tiergruppe: die Säugetiere. Sie hatten einen speziellen Teil ihres Gehirns entwickelt, der ihre Körpertemperatur kontrollieren und regulieren konnte. So konnten die Säugetiere nachts aktiv sein und sich von den Reptilien abheben, die auf die Sonne als Wärme- und Energielieferant angewiesen waren. Die Säugetiere entwickelten sich auch in anderer Hinsicht weiter: Sie begannen, ihre Jungen zu säugen und nach der Geburt zu pflegen, was ihnen eine sichere Zeit gab, um die physische Welt um sie herum kennen zu lernen und zu erkunden. Ein kleiner Teil des Säugetiergehirns spezialisierte sich auf Anpassung und Lernen und ermöglichte so den Umgang mit unvorhersehbaren oder sich verändernden Umgebungen. Als sich die Welt veränderte und die Dinosaurier ausstarben, konnten die Säugetiere überleben und die ökologischen Ressourcen nutzen, die die Dinosaurier nicht mehr benötigten.
Das Gehirn der Säugetiere hat sich, wie das anderer Tiere auch, an die Anforderungen der Umwelt angepasst. Die Beutetiere wurden sehr empfindlich für sensorische Informationen und entwickelten schnelle Reflexe, die es ihnen ermöglichten, schnell zu reagieren. Jäger entwickelten sich in ähnlicher Weise, da sie sich an ihre Beute anpassen mussten, um zu überleben. Einige Tiere waren Vegetarier und ernährten sich nur von Pflanzen, andere waren Allesfresser und nutzten alle Nahrungsquellen, die sie finden konnten. Und vor allem lebten einige von ihnen in Gruppen und teilten ihre Ressourcen miteinander.
Da ein soziales Leben wichtig war, bedeuteten die Anforderungen an soziale Interaktion und Kooperation, dass die Säugetiere in einer sich ständig verändernden Umwelt lebten. Daher entwickelten sich jene Teile des Gehirns, die es ihnen ermöglichten, mit Veränderungen umzugehen, zu kommunizieren und Informationen weiterzugeben. Tiere, die in sozialen Gruppen lebten, entwickelten Mehrzweckgehirne, die in der Lage waren, sich an verschiedene Umgebungen anzupassen, mit verschiedenen Individuen zu interagieren, neue Möglichkeiten zu erkennen und Probleme zu lösen. Bei einer bestimmten Gruppe von Säugetieren wurde es so wichtig, dass es schließlich alle anderen Teile in den Schatten stellte.
Wenn wir heute ein menschliches Gehirn betrachten, sehen wir fast nur noch zwei Hälften des Großhirns: den Teil des Gehirns, den wir zum Denken, Lernen, Kommunizieren, Entscheiden, Vorstellen und für so ziemlich alles andere benutzen, was uns zum Menschen macht. Die anderen, älteren Teile des Gehirns sind noch da, aber das Großhirn ist so groß, dass es sich über alles andere ausgebreitet hat. Und da die äußere Haut oder Rinde des Großhirns die meiste Arbeit leistet, ist das Großhirn gefaltet und zerknittert, damit mehr Fläche in den Raum passt.
Das menschliche Gehirn ist eines der bemerkenswertesten Dinge, die wir kennen, und das vollständige Verständnis seiner Funktionsweise wird uns Wissenschaftler wahrscheinlich noch viele Generationen lang beschäftigen.
Der Grundaufbau des Gehirns
Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Teile des Gehirns und wie sie sich entwickelt haben. Doch zunächst wollen wir uns die grundlegendsten Nervenfunktionen ansehen, die ein sich entwickelndes Tier braucht: um sich zu bewegen und um Schmerzen zu vermeiden.
Damit sind wir wieder beim alten Neuralrohr. Wir haben immer noch eine Entsprechung davon in unserem menschlichen Zentralnervensystem, auch wenn es seitdem natürlich etwas ausgefeilter geworden ist. Es ist das Rückenmark, die Röhre aus Nervenfasern, die entlang der Wirbelsäule verläuft und die Nervenfasern unseres Körpers mit dem Gehirn verbindet. Wenn wir uns einen Querschnitt des Rückenmarks anschauen, sehen wir, dass es wirklich eine Röhre ist: In der Mitte befindet sich ein Hohlraum, der mit einer Nährflüssigkeit gefüllt ist. Dieser Hohlraum ist von der sogenannten grauen Substanz umgeben. Das sind Nervenfasern, die Informationen zum und vom Gehirn transportieren. Das Rückenmark ist also der wichtigste Informationsweg zwischen Körper und Gehirn. Deshalb können Menschen, deren Rückenmark geschädigt ist, gelähmt sein. Das Gehirn versucht zwar, die Muskeln zu bewegen, kann die Befehle aber nicht weiterleiten.
Doch nicht alle Bewegungen werden vom Gehirn gesteuert. Das Rückenmark steuert auch einige unserer Reflexe — schnelle Muskelbewegungen, die als Reaktion auf schmerzhafte Reize auftreten. Das passiert zum Beispiel, wenn man die Hand von einer heißen Oberfläche wegzieht. Sie tun dies schnell und ohne nachzudenken, denn die Botschaft von Hitze und Schmerz muss nur bis zum Rückenmark gelangen. Dort wird sie sofort an die Nervenzellen weitergeleitet, die dem Arm befehlen, die Hand wegzuziehen. Sie muss nicht den ganzen Weg zum Gehirn zurücklegen.
Es handelt sich um einen so genannten Reflex, und da es sich um einen so grundlegenden Überlebensmechanismus handelt, wird er vom ältesten Teil unseres Nervensystems gesteuert. Die Nachricht (Schmerz, unerwarteter Druck oder was auch immer) wird von den sensorischen Nervenzellen aufgenommen, die die Information an die Nervenzellen im Rückenmark weiterleiten. Von dort wird die Nachricht sofort an die motorischen Nervenzellen weitergeleitet, die sich mit den Muskeln verbinden und ihnen befehlen, sich zusammenzuziehen. Sie ziehen also die Hand zurück, heben den Fuß an oder reagieren auf andere Weise, wie es der Reflex verlangt.
Der obere Teil des Rückenmarks verdickt sich und wird Teil des Gehirns. Der Teil, an dem sich das Rückenmark verdickt, wird Medulla genannt. Wenn wir uns vorstellen, dass dies der nächste Teil des Nervensystems ist, der sich entwickelt, können wir erkennen, dass auch er mit den grundlegenden Funktionen zu tun hat. Das Rückenmark ist der Teil des Gehirns, der die grundlegenden Körperfunktionen wie Atmung, Schlucken, Verdauung und Herzschlag steuert.
Die Grundstruktur des Gehirns ist also ein System, das es ermöglicht, sich zu bewegen, auf Schmerz zu reagieren, zu fressen, zu atmen und Nährstoffe im Körper zu verteilen. Um in einer immer komplexer werdenden Welt überleben zu können, muss das Tier aber auch wachsam und bereit sein, sich zu bewegen, wenn es bedroht wird. Wenn wir uns vom Rückenmark nach oben bewegen, wird der Hirnstamm dicker und geht in das so genannte Mittelhirn über, das eigentlich aus mehreren verschiedenen Teilen besteht. Einer davon ist das retikuläre Aktivierungssystem (RAS), das die verschiedenen Zustände der Wachheit reguliert: Schlaf, Wachsein und Aufmerksamkeit. Bei Menschen und komplexen Säugetieren scheint das RAS in der Lage zu sein, große Bereiche der Großhirnrinde zu aktivieren, so dass wir wach sind und auf das achten, was um uns herum geschieht. Es hat einige sensorische Bahnen und viele Verbindungen zu anderen Teilen des Gehirns. Wenn wir über seine evolutionären Ursprünge nachdenken und darüber, wie Wachsamkeit den Tieren geholfen hat, in einer gefährlichen Welt zu überleben, können wir verstehen, warum sich dieser Teil des Gehirns so früh entwickelt hat.
Weitere Bereiche des Mittelhirns sind die Colliculi superior und die Colliculi inferior (superior bedeutet oben und inferior unten, was auf ihre Anordnung hinweist). Es handelt sich um ovale Strukturen, die einige sehr grundlegende sensorische Verarbeitungen durchführen: Die Colliculi superiores sind vor allem für das Sehen und Tasten zuständig, die Colliculi inferiores vor allem für das Hören. Sie sind nicht direkt mit den höheren Ebenen des Gehirns verbunden. Stattdessen sind sie direkt mit unserem Aufmerksamkeits- und Bewegungssystem verbunden und alarmieren uns sofort, wenn es zum Beispiel plötzlich blitzt oder knallt. Man kann sich vorstellen, dass dies auch beim Überleben hilfreich war.
Mit der Entwicklung des Gehirns wurde auch die Fortbewegung der Tiere immer ausgefeilter. Ein anderer Teil des Mittelhirns, die Pons, ist die Hauptverbindungsbahn zwischen dem Körper und dem Kleinhirn, dem Koordinationszentrum für reibungslose Bewegungen. Der Pons ist auch am Traumschlaf beteiligt. Man vermutet, dass sie sich entwickelt hat, um bei der Bildung der neuronalen Bahnen zu helfen, die für reibungslose Bewegungen erforderlich sind. Wenn wir zum Beispiel Hunde träumen sehen, ist es offensichtlich, dass sie rennen oder jagen, was mit dem Training körperlicher Fähigkeiten zusammenhängen könnte.
Die Pons ist mit dem Kleinhirn (Cerebellum) verbunden. Das Kleinhirn ist die faltige Ausstülpung, die unter der Rückseite des Großhirns hervorragt. Es wird manchmal als Minigehirn bezeichnet und ist in der Lage, viel komplexere Funktionen auszuführen, als uns nur am Leben zu erhalten. Wie wir gesehen haben, spielt es eine wichtige Rolle beim Erlernen von Fähigkeiten. Wenn wir zum ersten Mal eine neue Fertigkeit erlernen, sind unsere Bewegungen oft ruckartig und etwas unbeholfen, weil wir über jede Bewegung bewusst nachdenken müssen. Wenn wir diese Bewegungen jedoch üben, verlagert sich die Kontrolle darüber auf das Kleinhirn, und die Bewegungen werden geschmeidig und automatisch, so dass wir nicht mehr darüber nachdenken müssen, wie wir sie ausführen. Das Kleinhirn plant keine bewussten Bewegungen (dafür ist das Großhirn zuständig), aber es sorgt dafür, dass unsere Handlungen koordiniert, präzise und genau getaktet sind.
Wie das Großhirn ist auch das Kleinhirn in zwei Hälften geteilt, und seine Oberfläche ist eng gefaltet wie die Zungen eines Akkordeons. Dies deutet darauf hin, dass die äußeren Schichten für die Funktion des Kleinhirns besonders wichtig sind (die Rillen und Falten vergrößern die Gesamtoberfläche). Die Falten bedeuten, dass die Oberfläche den größten Teil der Struktur ausmacht, aber darunter befinden sich die Nervenfasern und ein kleiner flüssigkeitsgefüllter Raum, der Ventrikel, an der Stelle, wo er mit dem Pons verbunden ist. Das Kleinhirn steuert auch das Gleichgewicht, eine Funktion, die in einem kleinen Knopf zwischen seinen beiden Hälften zu liegen scheint. Die meisten Medikamente, die zur Behandlung der Reisekrankheit eingesetzt werden, unterdrücken diese Hirnregion. Beim Menschen ist das Kleinhirn auch in einige der Nervenbahnen eingebunden, die an der Verarbeitung von Aufmerksamkeit, Sprache, Angst und Lustreaktionen beteiligt sind. Es ist also ein wichtiger Teil des Gehirns aller komplexen Tiere.
Diese Strukturen unterstützen gemeinsam wichtige körperliche Prozesse, so dass wir verstehen können, warum sie sich überhaupt entwickelt haben.
Thalamus und limbisches System
Später begannen sich noch komplexere Strukturen im Gehirn zu entwickeln. Während viele einfachere Tiere eine Art Sinnesorgane besaßen, die auf Licht, Vibrationen oder Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Flüssigkeit, in der sie lebten, reagierten, begannen einige Tiere, komplexere Wahrnehmungen zu entwickeln und entwickelten Gehirnstrukturen, um diese zu verarbeiten. So gibt es zum Beispiel einen großen Bereich mit verklumpten Zellen oberhalb des Mittelhirns und unterhalb des Großhirns, der als Thalamus bekannt ist. Er ist zweigeteilt und fungiert als eine Art Schaltstelle für Sinnesinformationen und motorische Signale an die Muskeln.
Der Thalamus empfängt Informationen von den Sinnesnerven sowie von unseren Augen und Ohren und entschlüsselt diese Signale, bevor er sie an das Großhirn weiterleitet. Er empfängt auch Bewegungsbefehle vom Großhirn und gibt sie an unsere Muskeln weiter. Wie mehrere andere subkortikale Strukturen ist er auch an Schlaf und Wachheit beteiligt — diese Zustände scheinen große Bereiche des Gehirns allgemein zu beeinflussen und nicht nur von einem Bereich streng kontrolliert zu werden.
Um den Thalamus herum gibt es eine Reihe weiterer kleiner Strukturen, die zusammen als limbisches System bezeichnet werden. Ein kleines Stück direkt unter dem Thalamus, der Hypothalamus, ist für Säugetiere besonders wichtig, da er die Körpertemperatur reguliert. Die Fähigkeit, die Körpertemperatur konstant zu halten, ermöglicht es uns, nachts oder an kalten Orten aktiv zu sein. Er ist auch der Grund dafür, dass kleine Säugetiere in unterirdischen Höhlen leben können — eine mögliche Erklärung dafür, wie sie den gewaltigen Einschlag überlebt haben, der das Ende der Dinosaurier bedeutete.
Der Hypothalamus hat aber noch viel mehr zu tun, als nur die Temperatur zu regulieren: Er hält die Homöostase im gesamten Körper aufrecht. Homöostase bedeutet, dass alles in einem gleichmäßigen, angenehmen Zustand gehalten wird. Wenn also der Wasserhaushalt des Körpers unter den für das Überleben optimalen Wert sinkt, löst der Hypothalamus ein Durstgefühl aus, das uns veranlasst zu trinken; wenn der Blutzuckerspiegel unter einen bestimmten Wert sinkt, löst er ein Hungergefühl aus, das uns veranlasst, nach Nahrung zu suchen. Wenn Ihnen zu kalt ist, löst er ein Zittern aus, das Ihre Muskeln anregt, etwas Wärme zu produzieren; und wenn Ihnen zu warm ist, löst er Schwitzen und Gähnen aus, damit die Verdunstung Sie und Ihr Gehirn abkühlt. Der Hypothalamus ist also ein Regulator, der dafür sorgt, dass die grundlegenden Mechanismen des Körpers so funktionieren, wie sie sollen. Da er direkt unter dem Thalamus liegt, ist er mit allen frühen Teilen des Gehirns verbunden und kann die richtigen Signale senden, wenn sie gebraucht werden.
Der Hypothalamus sendet seine Signale zum Teil über neuronale Verbindungen, zum Teil aber auch durch die Ausschüttung von Hormonen. Hormone sind chemische Substanzen, die entweder Körperprozesse stimulieren oder die Freisetzung anderer Hormone aus anderen Drüsen im Körper bewirken. Hormone sind besonders wichtig für die Aufrechterhaltung von Zuständen wie Wachstum, Schwangerschaft, Erregung oder Angst. Zusammen bilden die Hormondrüsen das endokrine System des Körpers, und der Hypothalamus ist die Hauptverbindungsstelle des Gehirns zum endokrinen System.
Es gibt noch viele andere Teile des limbischen Systems. Der Hippocampus ist eine kleine gebogene Struktur unterhalb des Großhirns. Sein Name rührt daher, dass man glaubte, er habe die Form eines Seepferdchens. Er ist in mehrfacher Hinsicht wichtig für das Gedächtnis. Zum einen ermöglicht er uns, Erinnerungen im Langzeitgedächtnis zu festigen. Menschen mit einer Schädigung des Hippocampus, zum Beispiel durch häufigen Alkoholkonsum ohne Nahrungsaufnahme, können neue Erinnerungen nicht mehr speichern. Dies wird als Korsakoff-Syndrom bezeichnet und kann tragische Folgen haben.
Der Hippocampus ist auch für andere Formen des Gedächtnisses zuständig — zum Beispiel für das räumliche Gedächtnis, mit dem wir uns merken, wo wir uns befinden und welche Orte wir kennen. Bei Londoner Taxifahrern, die sich praktisch ganz London einprägen mussten, um den als “The Knowledge” bekannten Test zu bestehen, wurde festgestellt, dass die Größe des Hippocampus aufgrund des besseren räumlichen Gedächtnisses zunahm. Was wir im Leben tun, kann also die Funktion unseres Gehirns entweder beeinträchtigen oder verbessern. Alles hängt von unseren Entscheidungen ab.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil des limbischen Systems ist die Amygdala. Sie ist das emotionale Zentrum des Gehirns und besteht aus zwei mandelförmigen Strukturen, die sich tief im rechten und linken Schläfenlappen in der Nähe des Hippocampus befinden. Es hilft dem Gehirn, Bedrohungen zu erkennen und darauf zu reagieren, und ist auch bei unseren Emotionen aktiv — sowohl bei positiven als auch bei negativen Gefühlen. Ein Teil seiner Aufgabe scheint darin zu bestehen, mit dem Hippocampus zusammenzuarbeiten, um Erinnerungen, insbesondere emotionale Erinnerungen, zu festigen. Wir erinnern uns eher an Dinge, die mit intensiven emotionalen Erlebnissen verbunden sind, und dies ist zum Teil auf die Aktivität der Amygdala zurückzuführen.
Ein weiterer Teil des limbischen Systems sind die Basalganglien, eine Gruppe von Zellen, die tief in der weißen Substanz des Stirnlappens liegen. Diese Zellen helfen uns, unsere Bewegungen zu organisieren, indem sie geeignete Aktionen auswählen und unsere Reaktionen hemmen, bis wir wissen, dass sie der Situation angemessen sind. Zu den Basalganglien gehören auch die Nuclei caudatus, die ebenfalls an der Handlungsplanung und der Koordination des Erlernens von Gewohnheiten und regelbasierten Handlungen beteiligt sind, sowie der Globus pallidus, der bewusste Bewegungen so reguliert, dass sie koordiniert und flüssig ablaufen. Die Basalganglien stehen also erwartungsgemäß in enger Verbindung mit dem Kleinhirn, und eine Schädigung eines dieser Bereiche kann zu Bewegungsstörungen der einen oder anderen Art führen.
Der cinguläre Cortex ist ein großer Bereich des Gehirns, der sich direkt über dem Corpus callosum befindet. Obwohl er mit dem Großhirn selbst verbunden ist, wird er oft zum limbischen System gezählt, zum Teil wegen seiner Verbindungen und der Art und Weise, wie er eng mit anderen Teilen dieses Systems wie dem Hypothalamus und der Amygdala zusammenarbeitet. Es ist an Emotionen, Gedächtnis und Lernen beteiligt: Neben anderen Funktionen koordiniert es zum Beispiel Gerüche und Anblicke mit angenehmen oder unangenehmen Erinnerungen. Es scheint auch an der Regulierung aggressiven Verhaltens beteiligt zu sein und ist in den neuronalen Bahnen aktiv, die durch unsere emotionalen Reaktionen auf Schmerz stimuliert werden.
Das limbische System ist also stark an Emotionen, Gedächtnis und Bewegung beteiligt — alles wichtige Aspekte für Tiere wie Säugetiere, die in einer komplexen Welt überleben müssen. Auch andere Tiere (Reptilien, Fische und Amphibien) besitzen diese Strukturen, aber wir wissen nicht genau, welche Rolle sie spielen. Unser Verständnis von Emotionen und ihren Lernmechanismen ist bei Säugetieren besser entwickelt, auch weil es uns hilft zu verstehen, wie sich unser eigenes Nervensystem entwickelt hat.
Das Großhirn
Wenn wir uns schließlich durch das Gehirn nach oben bewegen, oder weiter durch unsere evolutionäre Entwicklung, kommen wir zum Großhirn. Es ist die größte Struktur aller Säugetiere und insbesondere des Menschen. Es ist bei weitem der wichtigste Teil des menschlichen Gehirns. Werfen wir zunächst einen Blick auf seine Grundstruktur, um uns in den verschiedenen Bereichen und Abschnitten zurechtzufinden.
Das Großhirn macht uns zu Menschen. Es ist der Teil des Gehirns, der für das Denken, die Wahrnehmung, die Sprache, das Vorstellungsvermögen, die Planung, die Entscheidungsfindung, die soziale Interaktion und all die anderen Aspekte des kognitiven und sozialen Verstehens verantwortlich ist, die wir nutzen, ohne uns dessen bewusst zu sein. Es ist daher nicht verwunderlich, dass sie alle anderen Strukturen überschattet. Es ist nicht von ihnen getrennt: Die Oberfläche des Großhirns besteht aus grauer Substanz, die sich aus den Zellkörpern der Nervenzellen und anderen Zellen zusammensetzt, die sie unterstützen. Unter der Schicht der grauen Substanz befindet sich jedoch eine verdichtete Masse der weißen Substanz, die aus den langen Fasern, den Axonen, besteht, die diese Neuronen mit anderen Teilen des Großhirns und mit anderen Teilen des Gehirns verbinden. Unser Gehirn ist voll von Nervenbahnen, die die verschiedenen Teile miteinander verbinden.
Das Großhirn selbst ist wie eine riesige Walnuss in zwei Hälften geteilt. Die beiden Hälften sind die linke und die rechte Gehirnhälfte. Sie sind strikt voneinander getrennt, haben aber eine Verbindung, ein dickes Band, das Corpus callosum. Dabei handelt es sich um eine Masse von Nervenfasern, die Informationen von einer Seite des Gehirns zur anderen leitet, um unser Handeln und unsere Wahrnehmung zu koordinieren. Dies ist notwendig, weil die beiden Gehirnhälften zwar zusammenarbeiten, aber leicht unterschiedliche Funktionen haben. Im Allgemeinen steuert die linke Gehirnhälfte die rechte Körperseite, während die rechte Gehirnhälfte die linke Körperseite steuert.
Die beiden Gehirnhälften sind physisch sehr ähnlich aufgebaut, so dass die Art und Weise, wie wir die verschiedenen Bereiche benennen, für beide Gehirnhälften gleich ist. Die Oberfläche ist, wie wir gesehen haben, mit tiefen Furchen bedeckt, zwischen denen abgerundete Bereiche liegen. Jede Furche wird als Sulcus bezeichnet und der Hügel zwischen den Furchen als Gyrus. Die tiefe Furche, die die beiden Hälften des Großhirns voneinander trennt, heißt medialer Sulcus. Der mediale Sulcus ist die Trennlinie zwischen der linken und der rechten Hemisphäre, aber er trennt sie nicht vollständig (wie wir gesehen haben, sind sie durch das Corpus callosum verbunden), sondern die Verbindung ist so tief zwischen den beiden Hälften vergraben, dass sie von der Oberfläche aus nicht sichtbar ist.
Auf jeder Hemisphäre befinden sich zwei besonders lange und tiefe Sulci. Sie unterteilen jede Hemisphäre in zwei Lappen:
- Der Sulcus lateralis verläuft an der Seite des Gehirns entlang, der darunter liegende Teil des Gehirns wird als Temporallappen bezeichnet. Er hat viele Funktionen, unter anderem die Verarbeitung von Geräuschen, die wir hören.
- Der andere große Sulcus ist der Sulcus centralis, der quer durch den oberen Teil des Gehirns verläuft. Er trennt den vorderen Teil des Gehirns, den so genannten Frontallappen, von dem dahinter liegenden Bereich. Der Frontallappen ist unter anderem für Entscheidungen, Planung und Bewegung zuständig.
- Hinter dem Frontallappen befindet sich der Parietallappen. Er integriert verschiedene Arten von Sinnesinformationen.
- Der Occipitallappen (Hinterhauptslappen) ist der hinterste Teil des Gehirns, der in erster Linie für das Sehen zuständig ist.
Einige der interessantesten Teile des Großhirns befinden sich jedoch direkt unter den Lappen, wo sie in sich zusammengefaltet sind. Unterhalb des Großhirns, aber immer noch als Teil davon, befindet sich zum Beispiel eine dünne, aber weit verbreitete Zellschicht, die viele verschiedene Bereiche der Großhirnrinde miteinander verbindet und mit vielen Strukturen des limbischen Systems in Verbindung steht. Man nimmt an, dass sie für das Bewusstsein und das, was wir als unser vernetztes Bewusstsein erleben, von entscheidender Bedeutung ist. Dann gibt es noch die Insula, einen Bereich der Großhirnrinde, der tief in die Seitenfalte eingefaltet ist. Auch dieser Bereich ist am Bewusstsein und an sozialen Wahrnehmungen wie Empathie, Mitgefühl, Selbstwahrnehmung und emotionalen Erfahrungen beteiligt. Darüber hinaus hat die Insula enge Verbindungen zu unseren Systemen der Bewegungssteuerung und der Kognition, also des Denkens und Erinnerns.
Das Gehirn ist also ein komplexes Gebilde, und die Erforschung seiner Funktionsweise und der Verbindungen zwischen seinen verschiedenen Strukturen gehört zu den spannendsten Aspekten der modernen Wissenschaft. Da die Neurowissenschaftler ständig neue Entdeckungen machen, ist es unmöglich, hier auf alle einzugehen. Ich hoffe, dass Sie eine Vorstellung davon bekommen, wie Ihr Gehirn Sie zu der Person macht, die Sie sind.