Die Frage, warum der Mensch eine Zivilisation entwickeln und die Welt erobern konnte, während seine nächsten Verwandten, die Affen, weiterhin in den Bäumen leben, ist eines der größten Rätsel der jüngeren Evolution. Um dieses Rätsel zu lösen, ist es notwendig, die Entwicklung des Gehirns von Affen und Menschen zu untersuchen und zu vergleichen.
Der Mandelkern im Fokus: Blickrichtung und Gesichtserkennung
Der Mandelkern (Amygdala) spielt eine entscheidende Rolle bei der Erkennung potenzieller Gefahren. Er analysiert Informationen, die er beispielsweise vom Sehzentrum erhält, um festzustellen, ob ein Gesicht bekannt oder fremd ist, ob es freundlich oder wütend wirkt. Auch die Blickrichtung eines Gegenübers kann auf eine Bedrohung hinweisen. Studien deuten darauf hin, dass bei Affen die Erkennung der Blickrichtung ebenfalls im Mandelkern erfolgt.
Forscher der Universität Bonn haben nun eine neuartige Methode eingesetzt, um diese Frage zu beantworten. Sie analysierten, wie einzelne Nervenzellen im Mandelkern von Epilepsie-Patienten auf den Anblick von Gesichtern reagieren. Dazu zeigten sie den Probanden Portraitfotos verschiedener Personen in unterschiedlichen Blickrichtungen. Während die Patienten die Bilder betrachteten, zeichneten die Wissenschaftler die Signale einzelner Mandelkern-Neurone auf.
Die Ergebnisse waren überraschend: Es wurden keine Anhaltspunkte dafür gefunden, dass bestimmte Neurone vor allem bei einer bestimmten Blickrichtung feuern. Die Forscher vermuten, dass diese Aufgabe stattdessen in die Hirnrinde ausgelagert wurde. Allerdings konnten die Neurone im Mandelkern zwischen verschiedenen Gesichtern unterscheiden.
Diese Studien sind nur an wenigen Zentren weltweit möglich. Die Klinik für Epileptologie des Universitätsklinikums Bonn ist deutschlandweit führend bei der operativen Therapie des Krampfleidens und verfügt über die notwendige Expertise und Technologie, um solche Untersuchungen durchzuführen.
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Spiegelneuronen: Empathie und Imitation im Zwielicht
In den 1990er-Jahren entwickelten Neurowissenschaftler eine Theorie der Spiegelneuronen, die angeblich viele menschliche Verhaltensweisen erklären kann. Sie erläutert, wie Menschen sich gegenseitig verstehen, warum sie Empathie für einander empfinden und wie Menschen einst Sprache entwickelten. Im Mittelpunkt der Theorie stehen bestimmte Nervenzellen: Die Spiegelneuronen.
Der Siegeszug der Spiegelneuronen begann mit Tierversuchen an Makaken. Forscher hatten entdeckt, dass beim Greifen nach einer Frucht bestimmte Nervenzellen im Gehirn des Affen feuern - und zwar auch dann, wenn der Affe lediglich beobachtet, wie jemand anderes diese Bewegung ausführt. Diese Nervenzellen spiegeln gewissermaßen das Greifverhalten und erhielten daher den Namen Spiegelneuronen.
Doch nun mehren sich kritische Stimmen. Der Hirnforscher Gregory Hickok kritisiert die Überinterpretation der Messergebnisse und argumentiert, dass Verständnis auch ohne Nachahmung möglich sei. Er bemängelt, dass die Befürworter der Spiegelneuronen es sich zu einfach machen und dass die Makaken als Versuchsmodell ungeeignet sind, um von ihnen auf ein Spiegelsystem beim Menschen zu schließen.
Hickok argumentiert, dass Tiere und Menschen auf das Verhalten anderer Arten reagieren können, ohne diese Verhaltensweisen selbst durchführen zu können. Eine Spiegelung im Gehirn ist dann weder möglich noch notwendig. Er betont, dass der Mensch nicht sozial ist, weil er dank Spiegelneuronen imitieren kann, sondern dass er imitiert, weil er sozial ist.
Affen als Modell für das menschliche Gehirn: Eine kritische Perspektive
Eine aktuelle wissenschaftliche Publikation belegt einmal mehr, was der Verein Ärzte gegen Tierversuche seit Langem kritisiert: Affen sind nicht geeignet für die Erforschung des menschlichen Gehirns. Die In-vitro-Studie zeigt anhand von im Labor gezüchteten Mini-Gehirnen, dass grundlegende neurologische Entwicklungsprozesse bei Affen und Menschen stark unterschiedlich sind.
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Forscher haben aus induzierten pluripotenten Stammzellen Mini-Gehirne (Gehirn-Organoide) von Menschen, Schimpansen und Makakenaffen im Labor gezüchtet und detailliert miteinander verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass fundamentale Prozesse bei der Gehirnentwicklung und der Regulation von Genen bei Mensch und Affe völlig verschieden sind.
Diese Erkenntnisse wurden ohne Tierversuche gewonnen, da die Zellen für die Züchtung der Affen-Gehirn-Organoide im Rahmen routinemäßiger Gesundheitschecks von Schimpansen und Makaken gewonnen wurden.
Der Verein Ärzte gegen Tierversuche argumentiert, dass zur Erforschung des menschlichen Gehirns menschliche Gehirn-Organoide oder ähnliche humane In-vitro-Systeme, ebenso bildgebende Verfahren und Computersimulationen geeignet sind. Die grundlegenden Unterschiede zwischen den Gehirnen von Menschen und Affen erklären, warum neurologische Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson trotz jahrzehntelanger Forschung an Tiermodellen weder aufgeklärt noch erfolgreich therapiert werden können.
Der Einfluss von Genen auf die Hirnentwicklung: MCPH1 und ARHGAP11B
Chinesische Forscher haben transgene Rhesusaffen mit multiplen Kopien des humanen MCPH1-Gens erzeugt, in der Hoffnung, damit die Gehirne der Affen zu vergrößern. Dies war jedoch nicht der Fall. Stattdessen wurde die Hirnentwicklung verzögert, was offenbar zu verstärkten neuronalen Verknüpfungen führte.
Die Forscher vermuten, dass die Überexpression von humanem MCPH1 im Gehirn der Tiere zu einer verzögerten Hirnentwicklung führt, was den Nervenzellen mehr Zeit gibt, sich untereinander zu vernetzen. Allerdings lässt sich aus Versuchen bei einer kleinen Anzahl von Affen noch nicht viel schließen.
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Forschende des Göttinger Primatenzentrums haben zudem gezeigt, wie wichtig ein bestimmtes Gen namens ARHGAP11B für die Entwicklung des menschlichen Gehirns ist. Dieses Gen findet sich ausschließlich im Menschen und spielt eine Schlüsselrolle in der Entwicklung des Neokortex, dem jüngsten Teil unseres Gehirns, der für viele unserer geistigen Fähigkeiten verantwortlich ist.
Experimente mit Organoiden aus Hirnzellen von Schimpansen, die mit dem menschlichen Gen ausgestattet wurden, zeigten, dass die Zahl der Nervenzellen anstieg. Umgekehrt blieb die Zahl der Nervenzellen niedrig, wenn dieses Gen in menschlichen Zellstrukturen ausgeschaltet wurde.
Chimärenforschung: Tiere mit menschlichen Gehirnzellen
Die Chimärenforschung, bei der Tiere mit menschlichen Zellen oder Organen erzeugt werden, wirft ethische Fragen auf. Ein Beispiel ist der Affe XO47, dem menschliche neuronale Stammzellen in das Gehirn injiziert wurden, um die Dopaminproduktion zu fördern und Parkinson-Symptome zu lindern.
Solche Experimente sind ethisch umstritten, da sie das Potenzial haben, das Bewusstsein und die Leidensfähigkeit der Tiere zu verändern.
Evolution des menschlichen Gehirns: Größe, Komplexität und Energieverbrauch
Das menschliche Gehirn unterscheidet sich von dem der Großen Menschenaffen durch sein stark vergrößertes Volumen, den aufrechten Gang und einen umgestalteten Kauapparat. Die Evolution des menschlichen Gehirns ist von besonderem Interesse, da die Intelligenz unserer Art allem Anschein nach zuvorderst unserer herausragenden Intelligenz zu verdanken ist, die wiederum offensichtlich irgendetwas mit der auffälligen Größe unseres Denkapparates zu tun hat.
Die Größe des Gehirns hängt stark von der des Körpers ab. Beim Vergleich verschiedener Säugerhirne muss deshalb der Einfluss der Körpergröße eliminiert werden. Die stärkste Abweichung nach oben ergibt sich dabei für den Menschen; er hat also, gemessen nach solch einer bereinigenden Prozedur, tatsächlich das größte Gehirn unter den Säugern.
Das menschliche Gehirn ist eine ineffiziente Erfindung der Evolution, da es nur zwei Prozent der Masse ausmacht, aber 20 Prozent der aufgenommenen Kalorien verschlingt.
Hypothesen zur Vergrößerung des menschlichen Gehirns
Es gibt verschiedene Erklärungsversuche zur Frage, warum sich das Gehirn im Laufe der menschlichen Evolution so dramatisch vergrößert hat. Eine verbreitete Hypothese besagt, der erste Anstoß zur Vergrößerung des menschlichen Gehirns sei von der aufkommenden Herstellung von Werkzeugen ausgegangen, und die weitere Vergrößerung hinge direkt mit deren zunehmend raffinierterer Gestaltung zusammen.
Eine andere Hypothese besagt, dass die relative Hirngröße mit den Erfordernissen der Nahrungssuche und des Sozialverhaltens zusammenhängt. Fruchtfressende Primaten weisen gewöhnlich relativ größere Gehirne auf als laubfressende. Auch ein Zusammenhang zwischen der Stärke der Gruppe und der relativen Größe des Gehirns oder bestimmter Teile davon wurde beobachtet.
Frühe Primaten und die Evolution des Gehirns: Victoriapithecus
Der älteste Vertreter der Altweltaffen, der Victoriapithecus, lebte vor 15 Millionen Jahren. Die Untersuchung seines versteinerten Schädels hat gezeigt, dass sein Gehirn winzig, aber erstaunlich faltenreich war. Dies deutet darauf hin, dass sich im Stammbaum der Primaten die Komplexität des Gehirns vor dessen Größe entwickelt haben könnte.