Die Evolution hat im Laufe der Erdgeschichte eine erstaunliche Vielfalt an Gehirnen hervorgebracht, von den simplen Nervenzellknoten der ersten Lebewesen bis hin zu den hochentwickelten Denkorganen der Menschenaffen und des Menschen. Die Geschichte des Denkens ist somit fast so alt wie das Leben selbst und begann vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren in den Urozeanen.
Die Evolution des Gehirns: Ein Blick zurück
Um das menschliche Gehirn und seine besonderen Fähigkeiten besser zu verstehen, ist es notwendig, einen Blick in die Vergangenheit zu werfen. Vor etwa sechs Millionen Jahren trennte sich die Linie der Schimpansen von der der menschlichen Vorfahren, den sogenannten Homininen. Eine der ersten bedeutenden Entwicklungen innerhalb der Homininen-Linie war der aufrechte Gang, der vor etwa 3,6 Millionen Jahren nachweislich existierte. Die Evolution des aufrechten Gangs ging der dramatischen Zunahme des Gehirnvolumens um mehrere Millionen Jahre voraus.
Das Gehirnvolumen heute lebender Menschen ist etwa dreimal so groß wie das von Schimpansen. Vor allem in den letzten zwei Millionen Jahren kam es zu einer deutlichen Größenzunahme des menschlichen Gehirns. Allerdings ist nicht nur die Größe, sondern auch die innere Struktur des Gehirns entscheidend für die kognitiven Fähigkeiten. Diese komplexe Vernetzung des Gehirns wird vor allem in den ersten Lebensjahren angelegt.
Der Hippocampus: Ein Schlüsselbereich für räumliche Orientierung und Gedächtnis
Der Hippocampus, ein entwicklungsgeschichtlich alter Teil des Großhirns, spielt eine entscheidende Rolle für räumliche Orientierung und Gedächtnis. John O’Keefe erhielt für seine Entdeckung der sogenannten "place cells" im Hippocampus den Nobelpreis für Physiologie und Medizin. Diese Ortszellen bilden in ihrer Gesamtheit eine Art zellulärer Karte des wahrgenommenen Raumes. Ebenfalls im Hippocampus finden sich "time cells", Nervenzellen, die distinkte Momente in einer zeitlichen Abfolge von Ereignissen markieren.
Studien haben gezeigt, dass einzelne Platzzellen unterschiedliche Orte in der Umwelt repräsentieren. Die Gesamtheit all dieser Zellen stellt eine Karte der gesamten Umgebung dar. Die Raumkarte im Hippocampus ist jedoch kein schlichtes Abbild des physikalischen Raumes, sondern eine Repräsentation, die den Mobilitätsanforderungen und -möglichkeiten des jeweiligen Lebewesens Rechnung trägt.
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Schäden am Hippocampus können zu Störungen des Raumgedächtnisses führen. Dies ist vermutlich auch der Grund dafür, dass viele Alzheimer-Patienten bereits im Anfangsstadium ihrer Erkrankung unter Störungen der räumlichen Orientierung leiden.
Kognitives Lernen: Mehr als nur Konditionierung
Neben dem räumlichen Gedächtnis spielt auch das kognitive Lernen eine zentrale Rolle für die Anpassungsfähigkeit von Mensch und Tier. Kognitives Lernen unterscheidet sich von rein assoziativem Lernen durch Konditionierung. Während bei der Konditionierung ein neutraler Reiz durch Training in einen konditionierten Reiz umgewandelt wird, basiert kognitives Lernen auf innerer Informationsverarbeitung.
Ein Beispiel für kognitives Lernen ist das Problemlösungsverhalten des Schimpansen Sultan. Sultan war in der Lage, zwei kurze Stöcke ineinander zu stecken, um eine außerhalb seines Käfigs liegende Banane zu erreichen. Dieses Vorgehen interpretierte Wolfgang Köhler als einen Fall von einsichtigem Lernen. Sultan löste das Problem plötzlich und nicht erst allmählich durch Versuch und Irrtum. Zudem war er in der Lage, seine Einsichten zu verallgemeinern und auch auf neue Probleme zu übertragen.
Der kognitive Ansatz in der Psychologie geht davon aus, dass Menschen und Tiere ihre Umwelt mental abbilden und dann mit diesen inneren Vorstellungen arbeiten, statt sich unmittelbar mit der Umwelt auseinanderzusetzen. Im Falle von Sultan bildete das Tier das Problem offensichtlich mental ab und simulierte innerlich einzelne Bestandteile dieser Repräsentation, bis es auf eine Lösung stieß, die es dann in der realen Welt anwendete.
Mentale Repräsentationen und kognitive Karten
Ein wichtiger Aspekt des kognitiven Lernens ist die Bildung von mentalen Repräsentationen, wie zum Beispiel kognitiven Karten. Der amerikanische Psychologe Edward Tolman entwickelte in den 1930er und 1940er Jahren die Idee, dass Ratten sich eine kognitive Karte eines Labyrinths machen, dessen Anordnung sie mental abbilden. Studien haben diese Annahme bestätigt. Ratten lernen ziemlich schnell, jede Verzweigung eines Labyrinths aufzusuchen, ohne eine zweimal zu betreten.
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Erwartungen und Vorwissen beim Lernen
Eine weitere wichtige Erkenntnis des kognitiven Ansatzes ist, dass Erwartungen beim Lernen eine große Rolle spielen. Menschen neigen dazu, auf ihr Vorwissen zurückzugreifen und neue Informationen mit bereits gespeichertem Wissen zu verknüpfen. Dies kann dazu führen, dass sie Zusammenhänge überschätzen oder Fakten ignorieren, die ihren Überzeugungen widersprechen.
Menschliche Mini-Gehirne: Einblick in die Entwicklung und Funktion des Gehirns
Eine moderne Entwicklung in der Hirnforschung sind menschliche Mini-Gehirne (oder Mini Brains). Diese kleinen 3D-Strukturen ahmen die strukturellen und funktionellen Eigenschaften des Gehirns nach. Mini Brains werden aus Stammzellen erzeugt und können verwendet werden, um Gehirnprozesse, -erkrankungen und -therapien in einem komplexen, menschenrelevanten System zu erforschen, ohne invasive Eingriffe an Patienten vorzunehmen.
Mini Brains eignen sich sehr gut zur Erforschung von Entwicklungsstörungen, da sie zuverlässig verschiedene vorgeburtliche Gehirnfehlbildungen und die damit verbundenen zellulären und molekularen Störungen nachahmen können. Sie werden auch zur Untersuchung von psychiatrischen Erkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Hirntumoren eingesetzt.
Obwohl Mini Brains bereits gute Forschungsmöglichkeiten bieten, weisen sie auch gewisse Grenzen und ein Verbesserungspotenzial auf. Die Gehirnzellen der Mini Brains sind normalerweise nicht so ausgereift wie die im erwachsenen Gehirn und ähneln eher den Zellen des fetalen Gehirns. Weiterhin besitzen die meisten Mini Brains zurzeit keine Blutgefäße, was ihre Sauerstoffversorgung beeinträchtigt.
Die Hippocampus-Debatte: Eine historische Kontroverse
Die Hippocampus-Debatte war eine Kontroverse zwischen den britischen Biologen Richard Owen und Thomas Henry Huxley über die taxonomische Einordnung des Menschen in das Tierreich. Owen behauptete, dass sich der Mensch von den anderen Primaten durch bestimmte morphologische Besonderheiten im Gehirnaufbau, insbesondere dem Vorhandensein eines Hippocampus minor, unterscheide. Huxley widersprach dieser Ansicht und argumentierte, dass die Unterschiede zwischen Mensch und Tier geistiger Art seien.
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Eifersucht und die Neurobiologie sozialer Bindungen
Um die Neurobiologie der Eifersucht zu entschlüsseln, haben sich Forscher Roten Springaffen zugewandt, einer Primatenart, die lebenslange monogame Partnerschaften eingeht. Studien haben gezeigt, dass Eifersucht bei männlichen Springaffen mit einer gesteigerten Aktivität im lateralen Septum einhergeht, einer Region zwischen Hippocampus und Hypothalamus, die beim Menschen vermutlich in emotionale Gedächtnisleistungen involviert ist.
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