Intelligenz, Sitz im Gehirn: Anatomie und Funktionen

Das menschliche Gehirn, ein komplexes Organ von der Größe zweier geballter Fäuste und einem Gewicht von etwa 1,5 Kilogramm, ist der Sitz der Intelligenz. Äußerlich ähnelt es einer überdimensionalen Walnuss, geprägt von Windungen und engen Spalten. Es arbeitet wie ein großer Computer, verarbeitet Sinneseindrücke und Informationen des Körpers und sendet Botschaften in alle Bereiche des Körpers zurück. Doch das Gehirn kann weit mehr als eine Maschine: Mit dem Gehirn denkt und fühlt der Mensch, hier liegen die Wurzeln seiner Intelligenz.

Aufbau des Gehirns

Das Gehirn besteht aus verschiedenen Teilen, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen:

• Großhirn (Cerebrum): Das Großhirn, auch Telencephalon genannt, nimmt etwa 80 Prozent der gesamten Hirnmasse ein und bildet den vordersten Bereich des menschlichen Gehirns. Es besteht aus einer rechten und einer linken Gehirnhälfte, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Das Großhirn kontrolliert Bewegungen, verarbeitet Sinneseindrücke und ist für bewusste und unbewusste Handlungen und Gefühle verantwortlich. Es ist außerdem für Sprache und Hören, Intelligenz und Gedächtnis verantwortlich.Die beiden Gehirnhälften haben zum Teil unterschiedliche Funktionen: Während die linke Hälfte bei den meisten Menschen auf Sprache und abstraktes Denken spezialisiert ist, kommt die rechte in der Regel dann zum Einsatz, wenn es um räumliches Denken oder bildhafte Zusammenhänge geht. Die rechte Gehirnhälfte steuert die linke Körperseite, die linke Hälfte ist für die rechte Seite zuständig. Im Großhirn ist die Hirnrinde der linken Gehirnhälfte für die Sprache verantwortlich. Die Hirnrinde der rechten Gehirnhälfte vermittelt dem Gehirn die räumliche Stellung des Körpers - beispielsweise, wo sich der Fuß gerade befindet.
• Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn befindet sich im unteren hinteren Bereich des Schädels. Trotz seiner im Vergleich zum Großhirn wesentlich geringeren Größe enthält das Kleinhirn die meisten Nervenzellen - rund 70 Milliarden. Genau wie das Großhirn verfügt auch das Kleinhirn über eine Hirnrinde. Außerdem ist auch das Cerebellum in eine rechte und eine linke Hälfte geteilt. Die Hauptaufgabe des Kleinhirns besteht darin, Bewegungsabläufe zu steuern und zu koordinieren.
• Zwischenhirn (Diencephalon): Das Zwischenhirn enthält den Thalamus, den Hypothalamus und die Zirbeldrüse. Es filtert eingehende Informationen, bevor es sie an das Großhirn weiterleitet. Der Thalamus beinhaltet graue Substanz und ist für die Sammlung von Sinneswahrnehmungen zuständig, die er an den Parietallappen des Großhirns weiterleitet. Der Hypothalamus steuert den Hormonhaushalt und agiert sozusagen als Brücke zwischen Hormon- und Nervensystem. Er übernimmt die Steuerung von Funktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten.
• Hirnstamm (Truncus cerebri): Der Hirnstamm dient als Verbindung zwischen Rückenmark und Großhirn. Er besteht aus dem Mittelhirn (Mesencephalon), der Brücke (Pons) und dem verlängerten Mark (Medulla oblongata). Der Hirnstamm ist für eine Vielzahl überlebenswichtiger Funktionen zuständig. Er koordiniert automatische Abläufe wie die Atmung und den Herzschlag, außerdem kontrolliert er auch Reflexe wie Husten, Harndrang, Erbrechen und Schlucken.

Die Hirnrinde (Kortex)

Die Großhirnrinde, auch Kortex genannt, ist die äußere Schicht des Großhirns und besteht aus Nervenzellen und Gliazellen. Sie ist in vier Bereiche (Lappen) unterteilt:

• Frontallappen (Stirnlappen): Der Frontallappen befindet sich im vorderen Bereich des Großhirns. Er kontrolliert die Bewegungen und führt kognitive Prozesse aus. Der präfrontale Bereich ist massiv vernetzt und wird gemeinhin mit den exekutiven Funktionen assoziiert. Damit spielt er für Persönlichkeit und Charakter eine tragende Rolle.
• Parietallappen (Scheitellappen): Der Parietallappen ist ein primär sensorisches Rindenfeld und ist für somatosensorische Funktionen zuständig.
• Temporallappen (Schläfenlappen): Im Temporallappen befindet sich das Sprachzentrum, das für das Verständnis und die Verarbeitung von Sprache eine wichtige Rolle spielt. Der mittlere Teil des Temporallappens enthält den Hippocampus, der für das Gedächtnis von größter Bedeutung ist. Im Hippocampus werden Informationen aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt.
• Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): Der Okzipitallappen ist der hinterste und auch kleinste der vier Hirnlappen. Er ist für die Verarbeitung visueller Informationen zuständig.

Intelligenz und Gehirnstruktur

Die Suche nach dem anatomischen Sitz der Intelligenz im Gehirn hat zu vielen verschiedenen Ideen inspiriert. Das Gehirn in seiner Gänze stand genauso unter „Verdacht“ wie der im Laufe der menschlichen Evolution angeblich besonders stark angeschwollene Frontallappen. Zudem nahm man strukturelle Merkmale unter die Lupe, die die Kommunikation zwischen verschiedenen Gehirnregionen verbessern könnten. Die bislang beste Antwort geht inzwischen davon aus, dass all dies ein bisschen stimmt. Bestimmte Gehirnregionen, die vor allem im Frontal- und Parietallappen liegen, aber auch im Temporal- und Okzipitallappen, bilden ein dezentrales Netzwerk der Intelligenz. Besser entwickelte und stärker verknüpfte Strukturen in diesen Bereichen bedeuten in der Regel auch einen höheren IQ.

Die Parieto-Frontale Integrationstheorie (P-FIT)

Wie das funktioniert, erklärt ein Modell, das wie ein Fitnessprogramm klingt: P-FIT, die Parieto-Frontale Integrationstheorie. In Teamarbeit bringen die Komponenten dieses Hirnnetzwerks dabei Höchstleistungen bei der gezielten und konzentrierten Verarbeitung und Integration vielfältiger Informationen. Die Auswertung von mehr als 30 bildgebenden Studien weise „in markanter Übereinstimmung“ auf ein dezentrales Netzwerk im Gehirn hin. Dessen strukturelle Ausprägung und Aktivierung ermögliche bei Denkaufgaben eine verlässliche Vorhersage von Intelligenzleistungen.

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Haier und Jung ordnen ihnen zudem mehrere Stufen der „intelligenten“ Informationsverarbeitung zu. Beispielsweise verarbeiten verschiedene Regionen des Netzwerkes auf der ersten Stufe zunächst Sinneseindrücke. Auf den weiteren Stufen werden diese Sinnesinformationen zusammengeführt und ausgewertet. Unter anderem Areale im Frontallappen testen dabei verschiedene Lösungen für das jeweils gerade anstehende Problem. Viele weitere Studien haben P-​FIT seitdem weitgehend unterstützt und noch um einige Komponenten erweitert. So nahm etwa 2010 ein Team um den Psychologen Jan Gläscher vom Universitätsklinikum Hamburg-​Eppendorf 241 Patienten mit Schäden in unterschiedlichen Gehirnregionen unter die Lupe. Ihre Untersuchungen zeigten, dass Schädigungen in den P-​FIT-​Arealen die Intelligenz besonders beeinträchtigten. Eine wichtige Rolle ergab sich dabei auch für Merkmale, die ein effektives Arbeitsgedächtnis unterstützen. Die Myelinschicht isoliert die Nervenfortsätze und ermöglicht so eine schnellere Signalübertragung und damit bessere Kommunikation zwischen den P-​FIT-​Zentren. Auch eine besonders gut ausgeprägte Verbindung zwischen den Gehirnhälften brachten mehrere Arbeiten mit höherer Intelligenz in Verbindung.

Die Rolle des Frontallappens

Lange glaubte man, dass dieser vordere Teil des Hirns im Zuge der Menschwerdung am meisten gewachsen ist. Das hat sich zwar inzwischen als Trugschluss herausgestellt. Doch in Scans der Positronenemissionstomografie sind Teile des Frontallappens bei zahlreichen Aufgaben, die der Intelligenzmessung dienen, besonders aktiv. Andererseits zeigte schon in den 1930er Jahren der kanadische Psychologe Donald O. Hebb (1904−1985), dass es alleine auf den Frontallappen kaum ankommen kann. Seine Untersuchungen von Patienten, denen größere Teile davon entfernt worden waren, ergaben nämlich, dass der IQ durch diese Verluste unbeeinträchtigt blieb.

Gehirngröße und Intelligenz

Die erste besticht durch ihre Schlichtheit: Kann man mehr Intelligenz nicht einfach mit mehr Gehirn erklären? Darwins Cousin und Zeitgenosse Sir Francis Galton (1822−1911) war einer der ersten, der den Suchscheinwerfer auf die Gehirngröße richtete. Er verglich die Schädeldimensionen von über 1000 Studenten mit deren Prüfungsergebnissen. Und siehe da: die Schädel - und somit, so folgerte er, auch die Gehirne - der Studenten mit den besten Noten waren um zwei bis fünf Prozent größer. Doch auch wenn diese Annahme inzwischen widerlegt ist, lässt sich nicht jeglicher Zusammenhang zwischen Gehirngröße und IQ abstreiten. Ungefähr 15 Prozent der Unterschiede im IQ lassen sich tatsächlich anhand der Gehirngröße erklären. Damit kann man aber noch lange nicht von der Schädelgröße oder dem Gehirnvolumen eines Menschen auf seinen IQ schließen.

Neuronale Netzwerke und Informationsverarbeitung

Die gesamte Großhirnrinde ist also durchzogen von einem Netzwerk aus Nervenzellen. Sie sind in der Lage, Impulse zu empfangen, zu kombinieren, und neue Impulse zu erzeugen. Zwar ist die Anzahl an Neuronen in unserem Gehirn beeindruckend groß, trotzdem sind sie ein wertvolles Gut: Sie können sich nicht wie andere Zellen des Körpers teilen, durch ungünstige Einflüsse aber sehr wohl absterben. Impulse werden über das elektrische Feld einer Nervenzelle weitergegeben. Im Ruhezustand ist das Innere der Nervenzelle leicht negativ geladen. Empfängt sie nun einen Reiz, dessen Intensität einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, öffnen sich Kanäle der äußeren Haut des Neurons, sodass positiv geladene Teilchen in das Innere der Zelle strömen. Allerdings sind die Verbindungen, die sog. ‚Synapsen’, zwischen den Nervenzellen durch den synaptischen Spalt getrennt, sodass eine elektrische Übertragung hier nicht möglich ist. Um trotzdem ein neuronales Netzwerk knüpfen zu können, müssen die elektrischen Informationen in chemische Botenstoffe übersetzt werden. Ist ein elektrischer Impuls also am Ende einer Nervenzelle angekommen, sorgt dies für die Ausschüttung von Botenstoffen aus der Zelle in den synaptischen Spalt. Die zweite Zelle auf der anderen Seite des synaptischen Spaltes ist in der Lage, diese aus dem Zwischenraum aufnehmen und die Information ihrerseits wieder in ein elektrisches Signal umwandeln. Die Verkettungen zwischen den einzelnen Nervenzellen sind hoch dynamisch und können stets neu hervorgebracht und verdichtet werden. Das Gehirn kann durch diverse Einflüsse Schäden erleiden, was sich durch vielfältige Beschwerden äußert. Einige überschneiden sich jedoch und lassen sich als typische Symptome zusammenfassen.

Synaptische Plastizität

Die synaptische Plastizität gilt als Grundlage von Gedächtnis und Lernen. Als synaptische Plastizität bezeichnet man die Fähigkeit, Signale zur Übertragung von Informationen zwischen zwei Nervenzellen variieren zu können. Bei der Übertragung von Informationen kann die Synapse mehr oder weniger Botenstoffe ausschütten, um die Stärke der Signale zu regulieren. Im erwachsenen Gehirn werden fortlaufend neue Synapsen gebildet.

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Gehirn-Computer-Schnittstellen

Wissenschaftler können die Gehirnaktivität eines Menschen durch EEG-Signale mitlesen. Doch welche Signale gehören zu welchen Denkvorgängen? Bernhard Schölkopf und sein Team wollen diesen Code entschlüsseln und leistungsfähige Gehirn-Computer-Schnittstellen entwickeln. Synapsen übertragen nicht nur elektrische Signale von einer Nervenzelle zur nächsten, sie können die Intensität des Signals auch verstärken oder abschwächen.

Erkrankungen des Gehirns

Das Gehirn ist zwar durch die Schädelknochen geschützt, aufgrund seiner Empfindlichkeit jedoch auch sehr anfällig für Erkrankungen. Der Schlaganfall ist die am häufigsten auftretende Erkrankung des Gehirns. Schlaganfälle entstehen dadurch, dass eine Region des Gehirns durch den Verschluss eines Hirngefäßes nicht mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden kann. Es kommt zu einem Blutgerinnsel oder zu einer Blutung aufgrund eines geplatzten Gefäßes. Die leichteste Form der Gehirnerkrankung ist die Gehirnerschütterung. Parkinson entsteht dadurch, dass bestimmte Hirnzellen im Organ absterben. Es kommt zu einer verminderten Ausschüttung des Botenstoffes Dopamin, was zu einer Störung der Motorik führt. Typisch ist eine unwillkürliche Anspannung der Muskulatur, die sich in den für die Erkrankung typischen Zitterbewegungen offenbart. Auch die Demenz, die eine Verminderung der kognitiven Leistungen zur Folge hat, entsteht durch Veränderungen im Gehirn. Am weitesten verbreitet ist im Schnitt der Morbus Alzheimer. Gehirntumore können in jedem Alter auftreten. Ihre Vielfalt ist sehr groß, sie können gut- ebenso wie bösartig sein.

Durchblutungsstörungen

Durchblutungsstörungen im Gehirn bedeuten, dass das Gehirn nicht ausreichend mit sauerstoff- und nährstoffreichem Blut versorgt wird. Dies kann dazu führen, dass Nervenzellen nicht mehr optimal funktionieren oder bei längerem Sauerstoffmangel sogar absterben. Solche Störungen können verschiedene Ursachen haben, wie verengte oder blockierte Blutgefäße (z. B. durch Arteriosklerose oder Blutgerinnsel), Blutdruckprobleme, Gefäßentzündungen oder Herzrhythmusstörungen. Die Auswirkungen von Durchblutungsstörungen hängen von der Dauer und Schwere der Unterversorgung ab. Akute Durchblutungsstörungen können zu einem Schlaganfall führen, der entweder ischämisch (durch Gefäßverschluss) oder hämorrhagisch (durch eine Blutung) sein kann.

Schädel-Hirn-Trauma

Unter einem Schädel-Hirn-Trauma versteht man die Verletzung des Gehirns durch eine äußere Gewalteinwirkung auf den Schädel oder das Gehirn selbst. können vor allem die Folgeschäden Betroffene lebenslang beeinträchtigen. Im Zuge dieser Schäden kommt es häufig zu Bewusstseinstrübungen. Je nach Intensität der Gewalteinwirkung und Ausprägungsgrad der Verletzungen, ist das Schädel-Hirn-Trauma ein lebensbedrohlicher Zustand.

Hirnhautentzündung (Meningitis)

Bakterien und Viren können an verschieden Stellen des Körpers Entzündungen auslösen - auch im Schädelinneren. Davon können dann unter anderem die Hirnhäute betroffen sein. Kinder unter 5 Jahren sind am anfälligsten. Wird die Meningitis durch Bakterien wie die sog. ‚Pneumokokken’ ausgelöst, nimmt sie häufig einen lebensbedrohlichen Verlauf. Verursacht durch Viren, wie das Masern- oder Herpesvirus, heilt sie recht zuverlässig wieder ab. Bei Kindern können die Symptome auch unspezifischer sein und sich durch Reizbarkeit, Abgeschlagenheit und Weinerlichkeit auszeichnen. Um die Ausbreitung und Folgeschäden einer bakteriellen Hirnhautentzündung zu verhindern, wird sie mit einem Antibiotikum wie Penicillin behandelt.

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Gehirntumore

Krebs ist eine bekannte und verbreitete Volkserkrankung und macht auch vor dem Gehirn nicht Halt. Bei Tumoren des Gehirns unterscheidet man zwischen primären Hirntumoren, also solchen, die tatsächlich im Gehirn entstanden sind und den sog. ‚Hirnmetastasen’. Sie sind sozusagen Ableger eines Tumors, der außerhalb des Gehirns und häufig durch Lungen-, Brust- und Hautkrebs entstanden ist. Ein Gehirntumor kann an ganz verschiedenen Stellen im Schädelinneren entstehen. Da die Lokalisation und Wachstumsgeschwindigkeit so individuell ist, können die anfänglichen Beschwerden unterschiedlich ausfallen und unspezifisch wirken. Diese Symptome entstehen durch den zunehmenden Druck, den der Tumor auf seinen umliegenden Bereich ausübt und dadurch nach und nach dessen Funktion beeinträchtigt. Ist die Lage und Größe des Tumors günstig, kann er operativ entfernt werden.

Epilepsie

Eine Epilepsie ist eine chronische Erkrankung des zentralen Nervensystems. Darunter versteht man anfallsartige Funktionsstörung im Gehirn. Während eines Anfalls werden viele Nervenzellen gleichzeitig entladen, sodass eine Kommunikation zwischen ihnen nicht mehr möglich ist. Der Anfall ist meist auf einige Minuten begrenzt. Wie sich diese Funktionsstörung äußerst, ist höchst unterschiedlich. Es wird grob zwischen einigen Anfallsarten unterschieden. Der sog. In Folge des Kontrollverlustes über den ganzen Körper kommt es zum Sturz, sodass es wichtig ist, mögliche Verletzungsgegenstände aus dem Umkreis des Krampfenden zu entfernen. Der sog. ‚Absence’ ist nach außen hingegen viel weniger offensichtlich, da es nicht zu körperlichen, sondern Ausfällen des Bewusstseins kommt. So unmittelbar er einsetzt, so unmittelbar vergeht er auch wieder. Es gibt auch Anfallsformen, bei denen der Betroffene unruhig ist und auffällige oder stereotype Bewegungen und Verhaltensweisen an den Tag legt. Diese unterschiedlichen Anfallstypen können sich durch eine sog. ‚Aura’ ankündigen. Sie zeichnet sich durch nicht reale Sinnesempfindungen z. B. dem Hören eines nicht vorhandenen Tons, oder einem „Vorahnungsgefühl“ im Bauchraum aus. Die Erkrankung ist nicht im klassischen Sinne heilbar.

Schlaganfall

Der Schlaganfall ist mit jährlich um die 270.000 Neubetroffenen die dritthäufigste Todesursache und die häufigste Ursache für Behinderungen im Erwachsenenalter in Deutschland. Er wird bei bis zu 85% der Betroffenen durch ein Mangeldurchblutung des Gehirns und bei circa 15% durch eine Gehirnblutung ausgelöst. Dieser Zustand ist lebensbedrohlich und die richtige Deutung der Symptome kann wertvolle Zeit sparen. Nur im Krankenhaus kann ein Schlaganfall zweifelsfrei diagnostiziert und unmittelbar behandelt werden. Durch medikamentöse und operative Eingriffe wird versucht, die Blutunterbrechung oder die Blutung zu reduzieren.

Alzheimer-Krankheit

Altersschusseligkeit oder beginnende Alzheimer-Erkrankung? Eine Frage, vor deren Antwort sich ab einem gewissen Alter viele Menschen fürchten. Denn die Anzahl der jährlichen Neuerkrankungen bei über 65-Jährigen steigt deutschlandweit seit einigen Jahren. Auch wenn eine endgültige Ursache bisher nicht als bestätigt gilt, weisen die Gehirne von Alzheimerpatienten starke Eiweißablagerungen auf, die mit den zunehmenden Funktionseinschränkungen in Verbindung gebracht werden. Die Symptome beginnen häufig mild und steigern sich kontinuierlich. Die wachsenden Einschränkungen sind den Betroffenen im Anfangsstadium oft bewusst und können zu depressiven Verstimmungen führen. Mit fortschreitendem Verlauf erlischt das Krankheitsbewusstsein und die Selbstständigkeit geht verloren. Personen mit Alzheimer benötigen daher zunehmend Unterstützung in sämtlichen Lebensbereichen und entwickeln sich in der Regel zu Pflegefällen. Der Verfallsprozess kann sich über Jahre erstrecken.

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