Die Anatomie des Gehirns ist ein faszinierendes Feld, das ständig neue Einblicke in die Funktionsweise des menschlichen und tierischen Geistes liefert. In den letzten Jahren haben Fortschritte in der Bildgebungstechnologie es Forschern ermöglicht, die Gehirnstruktur und -funktion mit beispielloser Detailgenauigkeit zu untersuchen. Insbesondere die Untersuchung der Gehirnanatomie von Tieren, einschließlich schwarzer weiblicher Tiere, hat wertvolle Informationen über die neuronalen Grundlagen von Verhalten, Kognition und Emotionen geliefert.
Politische Überzeugungen und Hirnstruktur
Eine interessante Entdeckung in der Hirnforschung ist der Zusammenhang zwischen politischen Überzeugungen und der Struktur und Funktion des Gehirns. Studien haben gezeigt, dass Liberale und Konservative unterschiedliche Hirnstrukturen aufweisen. Liberale haben tendenziell einen größeren Gyrus cinguli anterior, während Konservative eine größere rechte Amygdala haben. Diese Hirnregionen sind auch unterschiedlich aktiv, wenn Menschen mit unterschiedlichen politischen Überzeugungen Entscheidungen treffen oder Aufgaben lösen.
Der Gyrus cinguli anterior spielt eine Rolle bei der Offenheit für Neues, während die Amygdala Furcht und Ärger verarbeitet. Diese Unterschiede in der Hirnstruktur und -funktion spiegeln sich in psychologischen Studien wider, die Liberalen eine größere Offenheit für Neues und Konservativen ein besseres Gespür für Negatives attestieren.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Ergebnisse nicht bedeuten, dass politische Überzeugungen ausschließlich durch Biologie bestimmt werden. Vielmehr deuten sie darauf hin, dass genetische und umweltbedingte Faktoren zusammenwirken, um unsere politischen Neigungen zu formen. Zwillingsstudien haben gezeigt, dass politische Unterschiede teilweise erblich sind. Was darüber hinaus an politischer Überzeugung anerzogen ist, kann zwar geändert werden, aber nur schwer.
Die Flexibilität des Gehirns
Obwohl politische Meinungen in Struktur und Funktion des Gehirns ziemlich unflexibel festgelegt sein können, ist das Gehirn dennoch plastisch und kann sich im Laufe der Zeit verändern. Studien haben gezeigt, dass Erfahrungen die Hirnstruktur verändern können. Beispielsweise haben Londoner Taxifahrer nach Jahren des Navigationstrainings mehr graue Substanz im Hippocampus aufwiesen.
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Ähnliche Prozesse vermuten die Biopolitikforscher auch im Wechselspiel zwischen politisch relevanter Erfahrung und politisch geprägten Hirnregionen. Langzeitstudien hierzu fehlen bislang, wären jedoch insbesondere für die Wahlkämpfer interessant, die darauf hoffen, potenzielle Wähler umzustimmen.
Tierische Intelligenz und Gehirnanatomie
Die Untersuchung der Gehirnanatomie von Tieren hat auch wertvolle Einblicke in die tierische Intelligenz geliefert. Delfine, Affen und hoch entwickelte Vögel zeigen Denk-Leistungen, die eine perfekte Informationsverarbeitung voraussetzen. Um Informationen optimal verarbeiten zu können, ist es wichtig, über gut entwickelte Sinnesorgane und eine gut entwickelte Informationsverarbeitungszentrale: das Gehirn zu verfügen.
Delfine besitzen große und komplexe Gehirne, die durchaus dem Vergleich mit einem menschlichen Gehirn standhalten. Allerdings ist „groß“ nicht unbedingt mit leistungsfähig oder intelligent gleichzusetzen. Professor Onur Güntürkün von der Uni Bochum hat 1998 nachgewiesen, dass „groß“ nicht unbedingt mit leistungsfähig oder intelligent gleichzusetzen ist. Der Biopsychologe von der Fakultät für Psychologie untersuchte Gewebeproben aus dem großen, schweren und stark gewundenen Gehirn von toten Delfinen und stellte dabei fest, dass die Großhirnrinde zwar über viel Masse, aber relativ wenige graue Zellen (Nervenzellen) verfügt.
Säugetiere haben eine sechsschichtige Hirnrinde (Cortex). „Die Hirnrinde besteht wie eine Schwarzwälder Kirschtorte aus sechs aufeinander gebauten Schichten. Bei Delfinen fehlt eine dieser Rinden. Sie haben nur fünf. Und es ist eine ganz kritische Schicht, die ihnen fehlt. Es ist die Schicht, die die ganzen Eingänge aus den tiefer liegenden Strukturen des Gehirns in die Hirnrinde leitet“, erläutert Güntürkün.
Experimente mit Ganges-Delfinen, die ein relativ primitiv entwickeltes Gehirn haben, ergaben jedoch, dass diese Tiere ebenso komplizierte Sonarleistungen vollbringen können wie der Große Tümmler, der mit einem kompliziert gebauten Gehirn ausgestattet ist. Daraus ergibt sich, dass bei Delfinen für die Aussendung und Verarbeitung der Sonarlaute keinesfalls der größte Teil des Gehirns beansprucht wird.
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Es ist bekannt, dass Schimpansen Werkzeuge benutzen, um an begehrte Leckerbissen zu gelangen. Auch Delfine sind dazu fähig. So wurde in der Shark Bay an der Westküste Australiens beobachtet, wie (vorwiegend weibliche) Große Tümmler mit Hilfe eines Schwammes, den die Strömung gegen ihren Kopf gedrückt hatte, auf die Jagd gingen. Der Delfin stöbert mit diesem „Schutzschild“ auf der Stirn stachelige Seeigel am Grund des Meeres auf.
Nicht nur Menschen und Menschenaffen, auch Delfine können sich selbst im Spiegel erkennen. Mithilfe eines Filzstiftes fanden zwei US-Forscherinnen in einem New Yorker Aquarium heraus, dass sich auch die Meeressäuger für ihr Abbild interessierten.
Die Rolle der Gene und der Umwelt
Die Entwicklung des Gehirns ist ein komplexer Prozess, der sowohl von genetischen als auch von umweltbedingten Faktoren beeinflusst wird. Studien an Zebrafischen haben gezeigt, dass sich Gehirnschaltkreise für die Verhaltenskontrolle auch dann entwickeln können, wenn keine visuellen Informationen vorhanden sind. Dies deutet darauf hin, dass sich das Gehirn stärker als bislang angenommen entlang angeborener Pfade entwickelt.
Um wirklich zu verstehen, wie sehr die Gehirnentwicklung von der Stimulation durch die Augen abhängig ist, müssen wir die retinalen Ganglienzellen aus der Gleichung herausnehmen. Der Doktorand in der Abteilung von Herwig Baier und seine Kolleginnen und Kollegen untersuchten dazu eine Zebrafischmutante, die als lakritz bekannt ist. Die lakritz-Mutante trägt einen Gendefekt, der sich ausschließlich auf die Augen beschränkt und die Entwicklung aller retinalen Ganglienzellen verhindert.
Das Team um Shachar Sherman zog daher junge lakritz-Zebrafische auf und verglich ihre Gehirnentwicklung mit der von Zebrafischen ohne Gendefekt. Ein in der Abteilung erstellter, virtueller Zellatlas des Zebrafischgehirns half ihnen dabei, einzelne Zellen zu identifizieren und ihre Entwicklung zu verfolgen. Da sich die Gehirne der lakritz-Zebrafische insgesamt relativ normal entwickelten, drängte sich den Wissenschaftlern eine Folgefrage auf: Können diese Fische Verhaltensweisen ausführen, die normalerweise durch optische Reize ausgelöst werden?
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Um dies zu testen, nutzte das Team die Optogenetik: Mit Hilfe von Licht können jene Neurone direkt aktiviert werden, die normalerweise nur bei einem entsprechenden Reiz aktiv wären. Die Methode ermöglicht es Neurowissenschaftlern, ‚Lichtschalter‘ in die Nervenzellen im Gehirn einzubauen. So können die Forscher die neuronale Aktivität von außen steuern - vorausgesetzt sie erreichen die entsprechenden Zellen mit Lichtimpulsen.
Zusammengefasst zeigen die Forschungsergebnisse, dass sich das Gehirn stärker als bislang angenommen entlang angeborener Pfade entwickelt. „Dank Shachars Forschung wissen wir nun, dass sich ein hochkomplexer Bereich des Wirbeltiergehirns mit mehreren Dutzend Zelltypen auch ganz ohne Sinneseindrücke normal entwickeln kann“, sagt Herwig Baier. „Unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung genetisch vorgegebener Programme für die Gehirnentwicklung. Was bei Zebrafischen funktioniert, könnte vielleicht auch für größere Tiere funktionieren.“
Geschlechtsspezifische Unterschiede im Gehirn
Die Untersuchung der Gehirnanatomie hat auch geschlechtsspezifische Unterschiede im Gehirn aufgedeckt. Eine Studie hat gezeigt, dass Frauen nicht nur einen höheren Anteil grauer Hirnsubstanz haben, sondern dass auch Hirnareale der grauen Substanz, die den Tests zufolge mit mentalen Erkrankungen in Zusammenhang stehen, strukturelle Unterschiede im Feinaufbau aufweisen.
Diese Hirnregionen besitzen bekanntermaßen viele Rezeptoren für männliche Geschlechtshormone und können daher durch diese beeinflusst werden. „Es ist möglich, dass Testosteron direkt auf Astrozyten einwirkt und deren Struktur und Funktion beeinflusst“, schreiben Pecheva und ihre Kollegen. Die Beobachtungen könnten aber auch erklären, warum manche psychischen Erkrankungen bei Frauen häufiger auftreten als bei Männern und umgekehrt.
Bildgebungstechniken in der Hirnforschung
Fortschritte in der Bildgebungstechnologie haben die Hirnforschung revolutioniert. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine nicht-invasive Technik, die detaillierte Bilder der Gehirnstruktur und -funktion liefert. Die diffusionsgewichtete MRT-Methode (dMRT) basiert auf der Verteilung und Dichte von Wassermolekülen innerhalb der Gewebe und erlaubt nicht nur Rückschlüsse auf die Größe einzelner Hirnareale, sondern auch auf Größe, Form und Zahl der verschiedenen Zelltypen im Gehirn.
Diese Techniken haben es Forschern ermöglicht, die Gehirnanatomie und -funktion bei gesunden Probanden und bei Patienten mit neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen zu untersuchen.
Seesterne: Köpfe ohne Körper?
Eine interessante Entdeckung in der Evolutionsbiologie ist die Struktur von Seesternen. Ein US-amerikanisches Forscherteam der Universitäten Stanford und UC Berkeley hat sich der Forschungsfrage angenommen, ob ein Seestern nur aus den erkennbaren Armen oder aus einem Korpus ohne Augen besteht. Das Team kam zu dem Schluss: weder noch.
Seit den 1990er Jahren weiß man, dass die Ausbildung verschiedener Körperteile während der Embryonalentwicklung von bestimmten Erbanlagen abhängig ist. Das Verhalten bestimmter Gene ist für den Bildungsprozess des Kopfes, des Rumpfes und weiterer Körperteile verantwortlich. In der Genetik wird dieser Prozess Genexpression genannt: Er beschreibt, wie ein Gen in Erscheinung tritt.
Um herauszufinden, ob Seesterne nun aus einem Körper oder einem Kopf bestehen, haben sich die Wissenschaftler dem Aktivitätslevel der Entwicklungsgene gewidmet. Schätzungsweise gibt es bis zu 1.600 verschiedene Seesternarten, die alle Weltmeere bevölkern. Die Forschungsergebnisse gelten als erstaunlich: In jedem ihrer fünf Arme haben Seesterne eine Genexpression, die bei anderen Lebewesen für die Ausbildung des Kopfes verantwortlich ist. Was das Forscherteam hingegen nicht fand, war ein genetisches Muster für die Ausbildung einer Rumpfregion.
Bedeutet das nun, dass Seesterne aus fünf Köpfen bestehen und keinen Körper haben? Nicht ganz, aber die Aussage kommt der Realität schon ziemlich nahe: Die Meereslebewesen haben keinen begrenzten Kopfbereich, sondern bestehen aus genau diesem. Bekannt war bereits, dass Seesterne keine herkömmlich ausgebildeten Augen haben, wie wir sie von anderen Lebewesen kennen. Am Ende jedes Arms befinden sich lichtempfindliche Punkte, die in der Regel rötlich oder schwarz sind.