Die Neurowissenschaften haben in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht, insbesondere durch bildgebende Verfahren wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT). Diese Technologien ermöglichen es, dem Gehirn bei der Arbeit zuzusehen und Einblicke in die komplexen Prozesse zu gewinnen, die Intelligenz, Willensfreiheit, Empathie und Vernunft zugrunde liegen. Doch was genau sehen wir, wenn wir dem Gehirn beim Denken zusehen? Und wie beeinflussen diese Erkenntnisse unser Verständnis des menschlichen Geistes?
Die Faszination der Neurowissenschaften
Die Faszination für die unglaubliche Komplexität und Kapazität des Gehirns ist ebenso unterhaltsam wie lehrreich. Die Hirnforschung scheint omnipräsent zu sein, und Beobachtungen zu Verhalten, Lernen und Sprache werden regelmäßig im Kontext dieser Disziplin interpretiert. Insbesondere in Psychologie und Philosophie prägt die Hirnforschung ganze Diskurse, etwa zum Thema Kognition. Mitunter gewinnt man den Eindruck, bestimmte Diskussionen seien nur dann ernst zu nehmen, wenn sie auch Bezüge zu Hirnfunktionen herstellen.
Das Gehirn ist die Grundlage für praktisch alle elementaren und höheren geistigen Prozesse des Menschen. Die launig erzählten »Facetten für Neugierige« lassen ein buntes Geflecht von wissenschaftlichen Erkenntnissen, originellen Ansichten und kritischen Reflexionen über unser wichtigstes Organ - das Gehirn - entstehen.
Die Rolle der fMRT in der modernen Hirnforschung
Die Hirnforschung greift seit einigen Jahren wieder verstärkt in gesellschaftspolitische Debatten über die »Natur« des Menschen ein. Ausschlaggebend für diese Entwicklung sind weniger neue Theorien über die Funktionsweise des Gehirns, sondern Technologien der Sichtbarmachung. Insbesondere das bildgebende Verfahren der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) scheint einen direkten, unvermittelten Einblick in und Erkenntnisse über das denkende Gehirn zu ermöglichen.
Hannah Fitsch spürt in ihrem Buch den visuellen Logiken des Erkenntnisprozesses, den Vorannahmen sowie den Standardisierungs- und Objektivierungsweisen der funktionellen Magnetresonanztomographie nach und hinterfragt so die Evidenz der »bunten Bilder«.
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Was sehen wir wirklich, wenn wir dem Gehirn beim Denken zusehen?
Auch die modernen bildgebenden Methoden wie CT, MRT, fMRT, PET und EEG werden erläutert, jedoch ohne eine vertiefende Darstellung ihrer jeweiligen technischen und neurophysiologischen Grundlagen. So bleibt offen, was genau wir sehen, wenn wir dem Gehirn mit Hilfe dieser Verfahren »beim Denken zusehen«, wie es der Buchtitel suggeriert. Sehen wir anatomische Strukturen, die verschiedene Prozesse begleitenden Veränderungen der Hirndurchblutung oder die metabolische und elektrische Aktivität von großen Verbänden von Nervenzellen? Und sehen wir dann wirklich »Denken«?
Intelligenz, Vernunft und die Geheimnisse des Gehirns
Die Neurowissenschaften versuchen, die Prozesse im Gehirn zu entschlüsseln, die für Intelligenz, Willensfreiheit, Empathie oder Vernunft verantwortlich sind. Dabei werden faszinierende Fragen aufgeworfen: Lassen sich Erinnerungen fälschen? Und was passiert eigentlich im Gehirn, wenn wir in die Pubertät kommen? Warum sind intelligente Menschen oft so unvernünftig?
Dr. Monika Niehaus und Martin Osterloh nehmen die Leser mit auf eine spannende Reise durch die Neurowissenschaften und enthüllen, warum intelligente Menschen manchmal erstaunlich unvernünftig handeln. Mit anschaulichen Beispielen und amüsanten Geschichten erklären die Autoren, was in unserem Kopf passiert und welche Prozesse Denken, Erinnerung oder Empathie beeinflussen.
Die Themenvielfalt der Hirnforschung
Der Bedeutung des Forschungsgebiets entspricht die Themenvielfalt des Buchs. Sein Spektrum reicht von Fragen zu Intelligenz und Vernunft über Themen wie Lernen und Gedächtnis bis hin zu den noch immer aktuellen Diskussionen über den »freien Willen« oder die neurophysiologischen Mechanismen psychischer Erkrankungen. Die Inhalte der umfangreichen Fachliteratur zu diesen komplexen Themen werden von den Autoren auf jeweils weniger als 20 Seiten verdichtet.
Lernen, Gedächtnis und die Rolle der Dornfortsätze
Obwohl das Gehirn bei weitem nicht die Schnelligkeit eines Computers erreicht, übertrifft es diesen in seiner Lernfähigkeit und seinem Erinnerungsvermögen. Grundlage dafür ist die flexible Vernetzung von über 100 Milliarden Nervenzellen. Eine wichtige Rolle spielen dabei Dornfortsätze, auch „dendritische Spines“ genannt. Diese feinsten Nervenzellausläufer werden beim Lernen und Erinnern stetig umgebaut. Dies ist besonders einleuchtend, wenn man assoziatives Gedächtnis verstehen möchte. Dabei gilt es, Informationen, die auf den ersten Blick nichts miteinander zu tun haben, aufzunehmen, zu verknüpfen und als sinnvollen Zusammenhang zu speichern. Solche Verknüpfungen (oder Assoziationen) liegen auch den komplexesten Denkvorgängen zugrunde.
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Der Abbau von Dornfortsätzen beim Lernen
Wie diese Netzwerkarbeit die plastischen Verbindungen zwischen den Nervenzellen - den Dornfortsätzen - verändert, zeigt eine aktuelle Publikation Tübinger Hirnforscher im Journal of Neuroscience. Mittels der Zwei-Photonenmikroskopie konnten die Forscher einzelne Dornfortsätze im lernenden Gehirn von Mäusen beobachten: Je länger der Lernprozess voranschritt und je besser die individuelle Lernleistung war, desto stärker wurden die Dornfortsätze abgebaut.
Um dem Gehirn der Mäuse beim Lernen zusehen zu können, trainierten die Forscher diese auf eine einfache Lernaufgabe: Der Assoziation eines Berührungsreizes an ihren Tasthaaren mit einem darauffolgenden kleinen Luftstoß gegen die Augen. Während die Tiere lernten, ihre Augen nach der Tasthaarberührung zu schließen, um den Luftstoß aufs offene Auge zu vermeiden, haben die Hirnforscher starke Umbauvorgänge der Dornfortsätze beobachtet. Es wurden im Mittel 15 Prozent der Dornfortsätze abgebaut, je länger der Lernprozess voranschritt und je besser war die individuelle Lernleistung der Maus.
Die Bedeutung des Netzwerkumbaus für das Lernen
„Die beobachteten, hochspezifischen Eigenschaften des Dornfortsatzumbaus und die große zeitliche Korrelation mit dem Lernerfolg geben großen Anlass zur Hoffnung, dass der damit verbundene Netzwerkumbau kausal für die langfristige Speicherung des Lerninhalts verantwortlich ist“, so Schwarz über die Ergebnisse der Studie. Mit diesen Beobachtungen ist es den Wissenschaftlern gelungen, eine Tür zum Verständnis der Mechanismen des assoziativen Lernens aufzustoßen.
Noch ist nicht klar, ob alle Zelltypen des Großhirns solche Veränderungen aufzeigen und warum der von den Forschern beobachtete Zelltyp einen Abbau von Nervenzellverbindungen aufzeigt und nicht einen Aufbau. Auch sind die physiologischen Signale unbekannt, die zu einer solchen Verknüpfung mit darauffolgendem Dornfortsatzumbau führen.
Das Großhirn: Ein Wunderwerk der Natur
Das Großhirn ist ein Wunderwerk an dicht miteinander verschalteten Nervenzellen, die über der gesamten Oberfläche unseres Großhirns in sich wiederholenden Einheiten mit nahezu identischem Verschaltungsplan vorliegen. Die Teile des Denkorgans arbeiten daher sehr wahrscheinlich nach demselben Schema, ob diese nun mit Signalen aus den Sinnesorganen, Kommandos zur Bewegung der Muskeln oder abstrakteren Denkvorgängen umgehen. Interessanterweise gilt diese Ähnlichkeit auch für den Aufbau der Großhirne beim Vergleich zwischen Säugetieren. Die Speziesunterschiede im mikroskopischen Aufbau dieses Organs sind winzig. Die höheren Denkleistungen des Menschen scheinen daher nicht durch eine „genialere Verschaltung“ im Großhirns, sondern lediglich durch die massivere Akkumulation von ähnlich aufgebauten Netzwerkeinheiten und damit die Möglichkeit der Repräsentation von noch mehr und noch abstrakteren Denkeinheiten getragen zu sein.
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Viele Gehirnkrankheiten, wie Schizophrenie, Alzheimer und Parkinson sind durch Beeinträchtigungen des Großhirns und damit des Denk- und Lernvermögens charakterisiert. Bevor die Verbesserung dieser Symptome und ihrer zugrundeliegenden neuronalen Prozesse ins Visier genommen werden können, müssen dieselben Prozesse im gesunden Gehirn verstanden worden sein.
Kritische Reflexionen und offene Fragen
Unabhängig von dieser grundsätzlichen Frage ist das Buch eine leicht lesbare und interessante Sammlung, die viele Prozesse des Gehirns und ihre biologischen Grundlagen kompakt erklärt. Allerdings sind hier fast ausschließlich Beiträge in englischer Sprache angegeben, obwohl es zu einigen Fragen durchaus gut zugängliche deutschsprachige Literatur gibt.
Die Autoren verbinden aktuelle Forschungsergebnisse mit unterhaltsamen Anekdoten und kritischen Überlegungen, sodass komplexe Zusammenhänge verständlich und lebendig werden.