HD-Hintergrundbild, Gedächtnis und Gehirn: Eine Definition

Einleitung

Das Gedächtnis ist ein faszinierender und komplexer Aspekt des menschlichen Gehirns. Es ermöglicht uns, Erfahrungen zu speichern, Wissen zu erlernen und unsere Identität zu formen. Die Hirnforschung hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht, um die Mechanismen des Gedächtnisses auf zellulärer Ebene zu verstehen. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Aspekte des Gedächtnisses, von der zellulären Ebene bis hin zu den verschiedenen Arten von Gedächtnis und wie man sie verbessern kann.

Gedächtnis auf Zellebene

Damit wir uns an etwas erinnern können, müssen sich die Zellen unseres Gehirns verändern. Was genau passiert im Gehirn, wenn wir uns Dinge merken? Bestimmte Impulse müssen regelmäßig auftreten, etwa wenn wir Vokabeln wiederholen. Dadurch verändern sich die Kontaktstellen zwischen den Neuronen, die Synapsen, und es kommt zu einer Langzeitpotenzierung. Am Ende sind die Synapsen gestärkt und lassen sich leichter aktivieren. Erst dann gelangen die Vokabeln ins Langzeitgedächtnis.

Das visuelle Gedächtnis

Weiterbildung, Gedächtnistraining und Lernen spielen eine wichtige Rolle, da sich der Mensch sowohl durch gesellschaftliche Megatrends als auch durch individuelle Entwicklungen immer wieder anpassen muss. Das visuelle Gedächtnis kann hierbei ein Hilfsmittel sein, weil das Gehirn gerade visuelle Eindrücke gut verarbeitet. Wer sein Gedächtnis regelmäßig fordert und fördert, bewirkt damit langfristige Effekte: höhere Konzentrationsfähigkeit, bessere Gedächtnisleistungen, mehr Kreativität, mehr Entspannung, bewusstere Wahrnehmung und höhere Selbstregulationsfähigkeiten.

Die verschiedenen Arten des visuellen Gedächtnisses

Das visuelle Gedächtnis ist eine besondere Fähigkeit, wobei der Begriff des Visuellen genauer bestimmt werden muss. Der Mensch hat nämlich mehrere Möglichkeiten, visuell zu „arbeiten“:

• Vorstellungskraft
• Fantasie
• Erinnerung an visuelle Eindrücke durch Langzeitgedächtnis (zum Beispiel die bildhafte Erinnerung an eine Jubiläumsfeier, die schon 10 Jahre zurückliegt)
• Erinnerung an visuelle Eindrücke durch das Kurzzeitgedächtnis (zum Beispiel die bildhafte Erinnerung an eine Situation, die vor wenigen Minuten stattgefunden hat).

Im Folgenden geht es ausschließlich um die Fähigkeit, eine kleine Menge an visuellen Informationen über eine kurze Zeitspanne zu speichern, was dem Kurzzeitgedächtnis zuzuordnen ist. Wenn wir ein Buch lesen, sind die schriftlichen Buchstaben visuelle Reize, die wir aufnehmen und verarbeiten. Im Straßenverkehr hilft uns ein visuelles Gedächtnis bei der Erinnerung an die Bedeutung von Verkehrszeichen. Außerdem können wir uns so an unser Auto erinnern oder an den Weg zum Parkplatz. Ebenso dient diese Merkfähigkeit der Kontextualisierung von Informationen, was insbesondere im Beruf hilfreich ist. Man denke an neue digitale Prozesse, wo Informationen regelmäßig überarbeitet werden müssen und die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter über entsprechendes Kontext-Wissen verfügen müssen, um digital arbeiten zu können. Auch hilft ein visuelles Gedächtnis dem Erinnern an Menschen.

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Tests und Übungen zur Verbesserung des visuellen Gedächtnisses

Wenn du dir visuelle Eindrücke merken kannst, ist diese Gedächtnisform bei dir gut ausgeprägt. Doch was einfach klingt, kann schwer zu erkennen sein, denn nicht immer merkt man, dass das eigene Gehirn visuell nicht optimal arbeitet, denn was man nicht erkennt, ist schlicht nicht da. Deshalb helfen objektive Tests oder der Austausch mit anderen Menschen, um einen Eindruck von dem eigenen Leistungsvermögens zu bekommen. Neuropsychologische Tests sind dabei hilfreich, aber für eine erste Annäherung helfen selbstgewählte Aufgaben mit visuellen Inhalten, aber auch gängige Spiele wie Puzzles oder Memory sind hilfreich, um einen Eindruck von der eigenen Leistung zu bekommen. Es ist auch möglich über Defizitkriterien die Frage zu beantworten, was ein gutes Gedächtnis ausmacht. Das heißt, du betrachtest die Leistung kritisch, nämlich mit Blick auf mögliche Probleme.

Du kannst dein Gedächtnis mit Wissen und Erfahrung trainieren. Dabei muss nicht immer visuell gearbeitet werden, weil das Gehirn ein komplexes System ist, also alle Bereiche mehr oder weniger stark miteinander verbunden sind. Deshalb ist das Übungsspektrum sehr groß und reicht vom Alltagsbewusstsein hin zu klinischen Übungen. Eine einfache Übung besteht darin, sich bestimmte Körpermerkmale von Menschen einzuprägen oder Gesichter und Namen miteinander zu verbinden. Das sind Prozesse, die „automatisch“ ablaufen, die aber verbessert werden können, je bewusster man sie ausführt. Beobachte dein eigenes Lernverhalten und wenn du dir Dinge merken musst, nutzt du aktiv bestimmte Lernmethoden oder Lernstrategien.

Fertige spontan-intuitiv Zeichnungen an, wende dich dann für ca. fünf Minuten von diesen ab und versuche, dich danach an deine Zeichnungen zu erinnern. Beschreibe alle Zeichnungsinhalte oder zeichne aus deiner Erinnerung ein neues Bild und vergleiche dann das Original mit der neueren Version. Solche Prä-Post-Vergleiche sind sehr hilfreich, um sich selbst auf die Schliche zu kommen, weil man so sehr exakt die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Originalen und den Erinnerungsstücken herausarbeiten kann.

Nutze Puzzles und Memory-Spiele, aber auch Kreuzworträtsel sind hilfreich, wobei bei diesen das Abstraktionsniveau höher ist und der Fokus auf dem begrifflichen Denken liegt.

Leitprinzipien zur Förderung des visuellen Gedächtnisses

Wenn du weniger konkrete Übungen möchtest, sondern dich eher an den Prinzipien ausrichten willst, die das visuelle Gedächtnis fördern, so kannst du vier Leitprinzipien nutzen:

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1. Aufmerksamkeit: Lerne, deine Aufmerksamkeit bewusst zu steuern. Oftmals ist unsere Aufmerksamkeit aufgrund von Erfahrungen konditioniert und wir nehmen nur das wahr, was wir sozusagen schon immer wahrgenommen haben. Der Leuchtturm zeigt so nur in eine Richtung. Lerne, die Kontrolle über deinen Leuchtturm auszuüben und blicke „anders“ in die Welt als üblich. Beim Arbeitsweg oder Spaziergang kannst du z. B. auf Einzelheiten am Wegesrand achten. Statt sich in Gedanken zu verlieren, beobachte einfach nur deine Gedanken.
2. Assoziationen: Visuell arbeiten heißt in der Regel, mit Assoziationen zu arbeiten, denn aus der Wahrnehmungspsychologie sind viele Gesetze bekannt, die auf Verbindungen beruhen. So wird Ähnliches mit Ähnlichem verbunden oder Elemente, die nah bei aneinander liegen, werden eher als zusammengehörig wahrgenommen, als weiter entfernte Elemente. Assoziiere also! Verbinde Gesichter, Namen, Telefonnummern, Buchstaben, Bilder oder Fantasiegebilde.
3. Fotografisches Gedächtnis: Nutze aktiv deine Sehsinne! Präge dir bewusst visuelle Erscheinungsformen ein und prüfe, ob du dich an alle erinnern kannst.
4. Nutze Lernstrategien und Lernmethoden: Lernen vollzieht sich immer systematisch, weshalb es gut ist, diese Systematik effizient und effektiv zu gestalten. Befasse dich mit unterschiedlichen Lernstrategien und Lernmethoden und nutze jene, die dir am besten zusagt.

Die Loci-Methode

Diese Methode ist Assoziation in Reinform! Lege gedanklich Gegenstände im Raum ab und verbinde diese mit bestimmten Informationen. Wahre eine Reihenfolge! Um nun die Informationen zu erhalten, laufe den Raum gemäß der Reihenfolge der abgelegten Gegenstände ab.

Je intensiver du lernst, übst und visuell arbeitest, desto besser wirst du die positiven Effekte bemerken, die sich schnell einstellen werden, weil du etwas bewusst nutzt, was du sowieso schon die ganze Zeit verwendest. Gehirnjogging vom Feinsten. Alle Aufgaben in kleine Geschichten verpackt.

Neurophysiologie: Bauherr Gehirn

Bewusste Vorgänge konstituieren sich im Gehirn als Ergebnis eines konstruktivistischen Prozesses, in dem Sinneswahrnehmungen mit abgespeichertem Vorwissen zusammengeschaltet werden. Doch anders als bei Tieren sind im menschlichen Gehirn auch soziokulturelle Erfahrungen als Vorwissen gespeichert, die beim Prozess der Wahrnehmung mit verarbeitet werden. Sie haben die Entwicklung der Sprache zur Grundlage, die auch das Ich-Bewusstsein des Menschen ermöglicht.

Vom Moment unserer Geburt an wird unser Gehirn von gewaltigen Mengen an Informationen über uns selbst und unsere Umwelt bombardiert. Wie schaffen wir es da, all das, was wir gelernt und erlebt haben, zu behalten? Erinnerungen sind wichtig - sowohl für das Individuum, als auch für unsere Gesellschaft. Vor allem in Deutschland wird der Erinnerungskultur ein hoher Stellenwert zugeschrieben.

Arten von Erinnerungen

Menschen können verschiedene Arten von Erinnerungen unterschiedlich lang behalten. Zudem nutzen Männer und Frauen unterschiedliche Hirnareale, um sich zu erinnern. Das Kurzzeitgedächtnis speichert Informationen nur für wenige Sekunden ab, während Erinnerungen im Langzeitgedächtnis viele Jahre lang erhalten bleiben können. Darüber hinaus verfügen wir über ein Arbeitsgedächtnis, das es uns ermöglicht, Informationen für eine bestimmte Zeitspanne im Kopf zu behalten. Erinnerungen können aber auch thematisch oder nach dem Grad ihres bewussten Erlebens kategorisiert werden.

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• Deklaratives Gedächtnis: Besteht aus Erinnerungen an jene Ereignisse, die wir bewusst wahrgenommen haben.
• Prozedurales Gedächtnis: Baut sich hingegen unbewusst aus. Hier werden automatisierte Handlungsabläufe gespeichert. Wer beispielsweise ein Instrument spielt oder mit dem Auto oder Fahrrad fährt, bei dem sorgt das prozedurale Gedächtnis dafür, dass gewisse Abläufe zu regelrechten Automatismen werden.

Insgesamt lässt sich das deklarative Gedächtnis leichter formen als das prozedurale. Die Hauptstadt eines Landes kann man sich schnell einprägen, aber um ein Instrument zu erlernen, ist deutlich mehr Zeit nötig. Allerdings bleiben die Erinnerungen des prozeduralen Gedächtnisses leichter erhalten.

Amnesie: Der Verlust von Erinnerungen

Um zu verstehen, wie wir uns an Dinge erinnern, ist es hilfreich sich anzusehen, wie wir Dinge vergessen. Aus diesem Grund erforschen Neurowissenschaftler Amnesie - den Verlust von Erinnerungen oder der Fähigkeit, Neues zu lernen. Es gibt zwei Hauptformen der Amnesie:

• Retrograde Amnesie: Betroffene können sich nicht mehr an Ereignisse erinnern, die vor dem Trauma stattfanden.
• Anterograde Amnesie: Betroffene können keine neuen Erinnerungen mehr in ihrem deklarativen Langzeitgedächtnis speichern.

Indem Forscher Menschen mit unterschiedlichen Arten von Hirnschäden untersuchen, können sie nachvollziehen, wie verschiedene Arten von Erinnerungen im Gehirn entstehen. Es gibt keinen einzelnen Ort, an dem alle Erinnerungen gespeichert werden. Verschiedene Bereiche bilden und speichern verschiedene Arten von Erinnerungen, und bei jeder davon können unterschiedliche Prozesse am Werk sein. Emotionale Reaktionen wie Angst hängen beispielsweise eng mit der Amygdala zusammen. Erinnerungen an erlernte Fähigkeiten werden wiederum mit dem Striatum assoziiert. Der Hippocampus spielt eine entscheidende Rolle beim Entstehen, Speichern und Abrufen deklarativer Erinnerungen.

Neuronengruppen und Langzeit-Potenzierung

Seit den 1940ern vermuten Wissenschaftler, dass Erinnerungen in Neuronengruppen gespeichert werden, die man auch als Zellverbände bezeichnet. Diese vernetzten Zellen feuern gemeinsam in Reaktion auf einen Stimulus, beispielsweise das Gesicht eines Freundes oder der Geruch von frisch gebackenem Brot. Je öfter die Neuronen gemeinsam feuern, desto stärker wird ihre Verbindung zueinander. Wenn die Zellen dann in Zukunft von einem Stimulus getriggert werden, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass der gesamte Zellverband reagiert. Die kollektive Aktivität der Nerven transkribiert dann das, was wir als Erinnerung erleben.

Damit aus einer Kurzzeiterinnerung eine Langzeiterinnerung wird, muss sie gestärkt werden, um langfristig gespeichert zu werden. Diese Konsolidierung wird vermutlich durch mehrere Prozesse erreicht. Bei der Langzeit-Potenzierung werden einzelne synaptische Verbindungen abgewandelt. Durch diese langfristige Veränderung der Verschaltungen zwischen den Synapsen können Erinnerungen stabilisiert werden.

Das Abrufen von Erinnerungen

Wenn wir eine Erinnerung abrufen, kommunizieren unterschiedliche Teile unseres Gehirns miteinander, darunter auch Regionen in der Großhirnrinde, die für die Informationsverarbeitung zuständig sind; Regionen, die unsere Sinneseindrücke verarbeiten; und der mediale Teil des Temporallappens, der bei der Koordination des Prozesses behilflich zu sein scheint.

Aktuelle Forschungen haben beispielsweise gezeigt, dass manche Erinnerungen bei jedem Abrufen erneut konsolidiert werden müssen. Das würde bedeuten, dass der Akt des Erinnerns eine bestimmte Erinnerung zeitweise formbar machen würde - sie könnte dann je nach Bedarf gestärkt, geschwächt oder sonst wie verändert werden.

Der Hippocampus: Das Seepferdchen im Gehirn

Der Hippocampus ist ein „eingerolltes“ Stück Cortex, das innen am Temporallappen, am Boden der Seitenventrikel liegt. Er ist ein Teil des limbischen Systems, das mit der „Erzeugung“, der „Archivierung“ und dem „Abruf“ von Inhalten des Langzeitgedächtnisses zu tun hat. Und er ist einer der wenigen Orte im Gehirn, an dem zeitlebens neue Nervenzellen geboren werden. Hippocampus heißt wörtlich „Seepferdchen“. Gemeint ist der Fisch.

Schneidet man das Großhirn horizontal - etwa auf der Höhe der Augen - durch und hebt den „Deckel“ ab, so zeigen sich die Hippocampi als gebogene, wurmartige Gebilde, die beiderseits am Boden der Seitenventrikel des Temporallappens liegen. Sie enden jeweils in einer plumpen, mit „Knubbeln“ versehenen Struktur, die man als Pes hippocampi bezeichnet - den Fuß des Seepferdes. Zum Hinterhaupt hin geht der Hippocampus in elegantem Schwung in den Fornix über. Der bündelt nicht alle, aber die meisten Fasersysteme, über die der Hippocampus mit anderen Hirngebieten in Verbindung steht.

Der Hippocampus ist eine corticale Struktur. Seine verschiedenen Untereinheiten - Subiculum, Cornu ammonis und Fascia dentata - bestehen wie der übrige Cortex sämtlich aus plattenartigen Schichten von Nervenzellen. Allerdings hat der Cortex des Hippocampus nicht die typische sechsfache Schichtung des Isocortex, weswegen man ihn auch als Allocortex (also „Anders-​Cortex“) bezeichnet. Typisch für den Hippocampus ist zudem die „Einrollung“ dieser plattenartigen Cortices.

Die Haupteingänge zum Hippocampus stammen aus dem entorhinalen Cortex, der ihm unmittelbar anliegt. Sie verlaufen im Tractus perforans. Der entorhinale Cortex ist seinerseits mit allen Assoziationsgebieten des Neocortex verbunden. Der Hippocampus bekommt auf diese Weise stets mit, was im Bewusstsein gerade vor sich geht.

Die Funktion des Hippocampus

Das Fehlen nur eines Hippocampus ist zu verschmerzen. Fehlen allerdings beide, so kommt es zu dramatischen Ausfällen. In der Tat gab es Patienten, denen beide Hippocampi entfernt werden mussten, um ansonsten inkurable Epilepsien zu behandeln. Der bekannteste dieser Patienten ist Henry Gustav Molaison (1926−2008), der als H.M. in die Fachliteratur einging. Er wurde berühmt aufgrund einer ganz typischen Gedächtnisstörung - der anterograden Amnesie. Sie betrifft das deklarative Gedächtnis, also das Wissen, das man über sich und die Welt hat. Das motorische Gedächtnis, also die allgemeinen Finger- und Bewegungsfertigkeiten, sind nicht betroffen. Ein anterograder Amnestiker kann durchaus - wenn auch eingeschränkt - das Welt- und autobiographische Wissen abrufen, das er bereits vor Ausfall beider Hippocampi hatte. Aber er kann kein Neugedächtnis bilden, also kein neues Wissen erwerben. Die Zeit steht ihm still, sein Körper mag altern, aber sein Geist bleibt jung. Nichts kann er sich für mehr als ein paar Sekunden oder Minuten merken. Selbst wenn solch eine Amnesie als Jungbrunnen erscheinen mag, so ist sie doch nicht wirklich zu empfehlen - denn der Amnestiker ist tatsächlich im Jetzt „eingefroren“ - er kann zum Beispiel nie in eine neue Wohnung umziehen. Er fände den Weg in sein neues Zuhause nicht, würde sich nie darin zurechtfinden. Ab dem Zeitpunkt der Entfernung beider Hippocampi geht ihm sein Leben im Jetzt verloren.

Langzeitpotenzierung und Neurogenese im Hippocampus

Im Hippocampus hat man den neuronalen Mechanismus entdeckt, den man für das physiologische Substrat des Lernens hält: die Langzeitpotenzierung (LTP). Nervenzellen, die oft zeitgleich aktiv sind, koppeln sich elektrisch inniger aneinander als solche, die nur gelegentlich synchron aktiv sind. Die zugrundeliegende LTP beruht auf einer Veränderung der Synapsen. Die Übertragung von einem Neuron zum anderen wird im Falle der Synchronisation effektiver, der „synaptische Widerstand“ wird verringert.

Neuerdings weiß man auch, dass der Hippocampus - seine Fascia dentata, um genau zu sein - einer der wenigen Orte im Gehirn ist, an dem zeitlebens Neurone neu geboren werden. Man nennt das Neuroneogenese. Noch verstehen wir nicht recht, wozu sie gut ist. Doch die neugeborenen Nervenzellen werden in die bestehenden, sehr komplizierten intrinsischen Schaltkreise des Hippocampus eingebaut.

Das episodische Gedächtnis

Das episodische Gedächtnis ist eine Unterkomponente des Langzeitgedächtnisses, die spezifische autobiografische Ereignisse und Erlebnisse abspeichert, einschließlich ihrer räumlichen und zeitlichen Einordnung. Diese Gedächtnisform ermöglicht uns, uns an unsere persönlichen Erfahrungen zu erinnern, und ist entscheidend für die Herausbildung unserer Persönlichkeit und die Fähigkeit, Zukunftspläne zu schmieden.

Positive und negative Erinnerungen

Das episodische Gedächtnis speichert sowohl positive als auch negative Erfahrungen. So können wir uns beispielsweise an peinliche Situationen, den Schulabschluss, Unfälle, einprägsame Bilder, aber auch an die glücklichsten Momente aus unserem Leben erinnern. Es steht im Kontrast zum semantischen Gedächtnis, welches zwar ebenfalls Gelerntes abspeichert, aber nur Informationen, die uns selbst nicht direkt betreffen.

Das episodische Gedächtnis und die Persönlichkeit

Das episodische Gedächtnis ist das wichtigste System für das Erleben der eigenen Person. Wir lernen und wachsen an unseren Erfahrungen und Erlebnissen und formen so unsere Persönlichkeit heraus. Bei der Erinnerung an vergangene Erlebnisse wird das Gehirn in mehreren anatomischen Bereichen aktiviert:

• Im Stirn- und Schläfenlappen der rechten Gehirnhälfte, die Fakten und Erlebtes verarbeiten.
• In Teilen des limbischen Systems, in denen eine emotionale Bewertung der Erlebnisse stattfindet. Eine prominente Struktur des lymbischen Systems ist die Amygdala. Sie ist an der Verarbeitung von Angst beteiligt und eng verknüpft mit den Stirn- und Schläfenlappen, die das Erlebte speichern. Das führt dazu, dass Menschen mit einigen Erinnerungen starke Gefühle verbinden, aber auch sehr anfällig für Traumata sind, die durch negative Erfahrungen ausgelöst werden.

Das episodische Gedächtnis ist weiterhin Voraussetzung dafür, dass wir einen Zusammenhang zwischen alten Erinnerungen und Zukunftsplänen herstellen können. Es ist sozusagen der Schlüssel zur Vergangenheit, aber auch in die Zukunft. Wissenschaftler:innen gehen davon aus, dass Tiere auch ein episodisches Gedächtnis besitzen.

Verbesserung des episodischen Gedächtnisses

Das episodische Gedächtnis unterliegt vielen Einflussfaktoren. Dazu gehören Krankheiten, Stress, Alterungsprozesse, aber auch Wahrnehmungs- oder Konzentrationsstörungen. Mit Gedächtnistraining können Sie nicht nur das episodische, sondern auch das ikonische, das echoische, das prozedurale und das Arbeitsgedächtnis trainieren. Das Resultat ist, dass Sie sich nicht nur mehr merken können und leichter Ihr Wissen erweitern, sondern auch von einer besseren Konzentration, Logik, einem besseren Sprachverständnis und Zahlenverständnis, sowie Lernvermögen profitieren.

Die Evolution des Gehirns

Vor mehr als einer halben Milliarde Jahren machte die Natur eine geniale Erfindung: Sie schuf Neurone. Zellen, die Reize empfangen, verarbeiten und weiterleiten können. Die Stammesgeschichtlich alten, wirbellosen Quallen haben kein Gehirn. Kaum etwas wurde weggeworfen, nur selten eine Wand eingerissen, stattdessen immer wieder an und umgebaut. Neue Raumfluchten entstanden, während alte Kämmerchen weiterhin genutzt wurden und der Keller fast unverändert blieb.

Selbst eine so simple Kreatur wie das Darmbakterium Escherichia coli ist fähig, auf Reize in seiner Umgebung sinnvoll zu reagieren. Werden diese Rezeptoren gereizt, erzeugen sie chemische Signale. Sie veranlassen den Einzeller, sich mit seinen propellerartigen Geißeln in die günstigste Richtung zu bewegen - etwa hin zum Futter oder weg von der Gefahr. Vielmehr brauchen sie eine Instanz, welche die Informationen aus unterschiedlichen Körperregionen zusammenführt, ein Ergebnis daraus ableitet und die Reaktion steuert. Konsequenterweise führte die Evolution im Verlauf der Entwicklung zwischen Schwämmen und Quallen eine Neuerung ein: die Nervenzellen (Neurone). Ein Schwamm, der weder auf die Jagd geht noch vor Feinden flüchten kann, benötigt keine Signalleitungen - folglich hat er keine Neurone. Die mobilen, räuberischen Quallen hingegen gehören zu den ältesten heute noch existierenden Organismen, die über ein einfaches Nervensystem verfügen.

Die Entwicklung des Gehirns bei Würmern und Insekten

Diese Konstruktion erprobte die Natur erst bei den Würmern. Im Gegensatz zu radialsymmetrischen Tieren wie Quallen oder Seesternen lassen sich bei ihnen bereits vorn und hinten unterscheiden - und das bedeutete einen gewaltigen Sprung bei der Evolution des Gehirns. Schlägt ein Tier bevorzugt eine Richtung ein, also vorwärts, ist es sinnvoll, wenn sich ein Großteil seiner Nerven und Sinneszellen am vorderen Ende konzentriert. Die Plattwürmer zählen zu den einfachsten Kreaturen, bei denen sich dieser Bauplan beobachten lässt: Vorn sitzt ein Kopf, und darin ruht das Gehirn. Ursache dieser Entwicklung waren Mutationen - also Veränderungen des Erbguts, die sich als vorteilhaft für den Organismus erwiesen. Eine Schlüsselrolle spielten dabei Erbgutveränderungen, bei denen wichtige Gene doppelt an die nächste Generation weitergegeben wurden. Natürlich konnte das Hinterteil des Wurms nicht ganz auf Nervenzellen verzichten, schließlich musste auch dieses dem Gehirn Signale aus seiner Umwelt melden.

Etwas weiter entwickelte Tiere wie die Ringelwürmer und die später entstandenen Insekten besitzen in Segmente gegliederte Körper. Jeder Abschnitt hat zwei Nervenknoten (Ganglien), die wie Minihirne das jeweilige Segment steuern. Die Ganglien sind zu einer strickleiterartigen Struktur verknüpft, die in den Kopf führt. Im Laufe der Entwicklung zu komplexeren Gehirnen vergrößerte sich bei Wirbeltieren (hier ein Frosch) vor allem das Vorderhirn (grau).

Das Gehirn der Wirbeltiere

Die ersten Wirbeltiere, die vor etwa 500 Millionen Jahren auftraten, hatten Ähnlichkeit mit den heutigen, fischähnlichen Neunaugen. Sie besaßen bereits eine Schädelkapsel, die das empfindliche Gehirn schützte. Bei allen äußeren Unterschieden ist das Hirn bei Fisch und Vogel, Ratte und Mensch grundsätzlich ähnlich konzipiert: Der Hirnstamm steuert lebenserhaltende Funktionen wie Herzschlag und Atmung, das Kleinhirn koordiniert unter anderem Bewegungen, und das Vorderhirn dient anspruchsvollen Aufgaben wie Planen, Bewerten von Informationen und Entscheiden. Während sich der Hirnstamm im Verlauf der Evolution relativ wenig veränderte, erkor die Baumeisterin Natur das Vorderhirn zu ihrer Lieblingsbaustelle.

Viele Vögel besitzen ein massiges Kleinhirn (rosafarben), das ihnen eine präzise Orientierung in der Luft ermöglicht. Der Fortschritt hin zu immer mehr Leistung, Lernbereitschaft und zu komplexeren Fähigkeiten ist in erster Linie dem Aufblähen einer äußeren Schicht des Vorderhirns, der Großhirnrinde, zu verdanken. Ihr stammesgeschichtlich jüngster Teil wird Neokortex genannt und existiert nur bei Säugetieren. Könnte man die Großhirnwindungen im menschlichen Kopf glätten, würden sie eine Fläche von vier DIN-A4-Blättern bedecken - viermal so groß wie beim Schimpansen. Diese assoziativen Areale ermöglichen Wirbeltieren erst ein flexibles Reagieren.

Das menschliche Gehirn

Erst vor etwa zwei Millionen Jahren beschleunigte sich sein Wachstum rasant: Nahm das Organ des damals lebenden Homo habilis etwa 600 Kubikzentimeter ein, so brachte es der Homo sapiens vor 190 000 Jahren schon auf etwa 1400 Kubikzentimeter. Der Auslöser war möglicherweise ein Klimawandel vor 2,3 Millionen Jahren, der die frühen Menschen vor neue Herausforderungen stellte. Für die Herstellung und Bedienung dieser Hilfsmittel waren erhöhte geistige Fähigkeiten und eine gesteigerte Geschicklichkeit der Hände notwendig. Auch die Entstehung der Sprache und der damit verbundene Nutzen im täglichen Überlebenskampf förderte vermutlich die Entwicklung großer Gehirne. Die erhöhte Energiemenge, die dem menschlichen Körper damit zur Verfügung stand, erlaubte es der Evolution, größere Gehirne auszuprobieren.

Tatsächlich haben die Menschen in den vergangenen 35 000 Jahren sogar an Hirnmasse verloren. Im Laufe der menschlichen Entwicklungsgeschichte nahm vor allem der stirnnahe Teil der Großhirnrinde zu. Die Natur als Architekt baute nicht nur immer neue Zimmer und Säle an ihre Gehirnkomplexe - sie riss ungenutzte Räume auch kompromisslos wieder ab. Und auch dafür, dass ein einmal erworbenes Hirn wieder verloren gehen kann, kennt die Naturgeschichte Beispiele: Der Bandwurm, ein Nachfahr des ersten Plattwurms mit seinem Nervenknoten im Kopf, klammert sich im menschlichen Darm fest, lebt also in einem komfortablen, sicheren Ökosystem mit reichem Nahrungsangebot.

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