Sich besser erinnern, kreativer denken, effektiver lernen: Was der Kopf leistet, hängt nicht nur von Alter, Bildung und Intelligenz ab. Die Neurowissenschaften liefern faszinierende Einblicke in die Funktionsweise unseres Gehirns und zeigen, dass jedes Gehirn ungeahnte Ressourcen besitzt. Dieser Artikel beleuchtet aktuelle Forschungsergebnisse und diskutiert, wie wir unser geistiges Potenzial besser ausschöpfen können.
Der Mythos von der begrenzten Gehirnkapazität
Der Mythos, der Mensch nutze nur zehn Prozent seiner geistigen Kapazitäten, hält sich hartnäckig, ist aber wissenschaftlich unbegründet. Filme wie "Lucy", in dem eine Droge die Protagonistin angeblich befähigt, hundert Prozent ihrer Gehirnkapazität zu nutzen, verstärken diese Vorstellung. Die Realität ist jedoch, dass unser Gehirn ständig aktiv ist und wir alle unser Potenzial erweitern können, ohne auf fiktive Substanzen zurückgreifen zu müssen.
Die Rolle der neuronalen Verbindungen
Ein wichtiger Motor für die geistige Leistungsfähigkeit sind die Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Sie wachsen und vernetzen sich bei Kindern zwar schneller als im Alter - aber sie wachsen ein Leben lang. Die Plastizität des Gehirns ermöglicht es uns, uns der Umgebung flexibel anzupassen und neue Fähigkeiten zu erlernen.
Interindividuelle Variabilität: Jeder Mensch ist einzigartig
Die Unterschiede zwischen Gehirnen, die sogenannte interindividuelle Variabilität, können beträchtlich sein. Einzelne Hirnareale können sich in ihrer Größe um einen Faktor 5 unterscheiden, jedoch erkennt man immer wieder die gleichen Bauprinzipien. Man kann das vielleicht mit einem Fingerabdruck vergleichen: Sie sind individuell, aber doch prinzipiell alle ähnlich. Es gibt verschiedene Parameter, die Ähnlichkeiten beschreiben. Wir sehen auf der Ebene der Anordnung der Nervenzellen, also ihrer Architektur, große, mitunter sehr deutliche Unterschiede zwischen einzelnen Individuen.
Was beeinflusst die Leistung unseres Gehirns?
Die Leistung unseres Gehirns wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, darunter:
Lesen Sie auch: Hat jedes Tier ein Gehirn?
- Genetische Faktoren: Genetische Faktoren identifizieren, die für sich genommen nur schwach oder erst in Kombination zu einer Erkrankung beitragen. Das ermöglicht dann auch, die Mechanismen der Krankheitsentstehung besser zu verstehen.
- Umwelt: Über unsere Sinnesorgane - Nase, Zunge, Ohren, Augen, unsere Haut - nehmen wir unsere Umwelt wahr. Die Umwelt wirkt auch auf das Gehirn zurück, zum Beispiel über Stress, Lebensstil oder Ernährung. So wird heute auch sehr intensiv darüber geforscht, wie das Mikrobiom im Darm mit dem Gehirn zusammenhängt.
- Erfahrungen: Menschen reagieren unterschiedlich: Einige haben Angst vor Katzen, weil sie schlechte Erfahrungen gemacht haben, andere wollen schmusen. Den emotionalen Aspekt wie die Angst oder die positiven Emotionen kann man durchaus mit bestimmten Hirnregionen in Zusammenhang bringen, und es gibt Unterschiede in der Verarbeitung von positiv oder negativ besetzten Eindrücken. Menschen sind auch in der Lage, solche Ängste und Phobien zu überwinden.
- Plastizität: Das Gehirn ist plastisch, es kann sich der Umgebung sehr flexibel anpassen. Zum Beispiel können Verbindungen zwischen zwei Nervenzellen verstärkt oder auch abgeschwächt werden. Dahinter stehen physiologische Prozesse, die zum Teil sehr kleine Netzwerke betreffen. Wir sehen auch, dass Plastizität auf der Ebene der Rezeptoren für Botenstoffe, der Transmitter, abläuft. Botenstoffe binden an diese Rezeptoren und verändern damit die Aktivität von Nervenzellen. Sie können die Effizienz der Verknüpfung einer Nervenzelle mit anderen Nervenzellen verändern.
Die Stabilität und Plastizität des Gehirns
Das Gehirn hat eine große Stabilität - was schon damit anfängt, dass es ein ganzes Leben lang funktioniert. Es gibt Erinnerungen, die wir über Jahrzehnte unseres Lebens bewahren, und Fähigkeiten, die wir einmal erlernt haben und behalten. Das ist eine unglaubliche Leistung. Die Stabilität des Gehirns steht in einer Art Spannungsverhältnis zu seiner Plastizität.
Wie funktioniert "Gedankenlesen" in der Wissenschaft?
In Wissenschaftskreisen wird Gedankenlesen jedoch oft als eine Domäne von Scharlatanen und Jahrmarktillusionisten angesehen. Man vergisst dabei leicht, dass wir in unserem Alltag bis zu einem gewissen Grad alle Gedankenlesen betreiben - und dies sogar für ganz selbstverständlich halten. Aus dem „Rotwerden“ einer Person schließen wir darauf, dass sie verlegen ist, oder aus ihrer zittrigen Stimme schließen wir auf ihre Nervosität. Allerdings gibt es nur sehr wenige solche äußerlichen Kriterien dafür, was eine Person gerade denkt. In der Tat sind in letzter Zeit Techniken entwickelt worden, die erlauben, die Gedanken einer Person bis zu einem gewissen Grad aus ihrer Hirnaktivität zu erschließen. Dabei macht man sich zunutze, dass jeder Gedanke mit einem charakteristischen Aktivierungsmuster im Gehirn einhergeht. In Analogie zu Fingerabdrücken kann man sich solch ein Muster als einen einzigartigen, unverwechselbaren „Abdruck“ des Gedankens im Gehirn vorstellen. Mittels moderner Hirnforschungstechniken kann man die Hirnaktivitätsmuster einer Person mit einer sehr hohen räumlichen Genauigkeit messen. Es ist mit diesen Verfahren gelungen, eine ganze Vielfalt von Gedanken auszulesen. Aus den Spannungsverteilungen an der Kopfhaut (oftmals als „Hirnwellen“ bezeichnet) lassen sich zum Beispiel einfache Absichten auslesen, wie etwa einen Cursor nach links oder rechts zu steuern. Aus dem Hirnstoffwechsel, der mittels der funktionellen Kernspintomographie mit hoher räumlicher Präzision gemessen werden kann, lassen sich sogar noch viel detailliertere Gedankeninhalte auslesen.
Anwendungen der Gedankenlesetechnologie
Viele praktische Anwendungen sind für die gegenwärtig verfügbare Technik gut geeignet, da sie als „einfache“ Fragestellungen formuliert werden können, bei denen man zwischen wenigen Alternativen auswählen muss. Zum Beispiel wäre man schon sehr weit, wenn man wüsste, ob eine Person bei einer bestimmten Frage lügt oder nicht, oder ob sie das eine oder das andere Produkt kaufen würde oder nicht. Diese einfachen Beispiele weisen auf eine drängende Frage hin: Sollte man überhaupt eine Technik entwickeln, die die Gedanken einer Person auslesen kann? Wie in vielen Bereichen biomedizinischer Forschung steht man vor einem Dilemma. Auf der einen Seite lassen die Ergebnisse auf eine Verbesserung klinischer und technischer Anwendungen hoffen. So gibt es heute schon erste Ansätze, mit computergestützten Prothesen oder Brain-Computer-Interfaces schwerstgelähmten Patienten das Leben zu erleichtern. Auf der anderen Seite stehen Anwendungen, die von vielen Menschen kritisch gesehen werden. Dazu zählen vor allem kommerzielle Anwendungen wie das Auslesen einer Produktpräferenz zu Marketingzwecken oder das Messen einer gefühlsmäßigen Einstellung zu einem Unternehmen bei einem Jobkandidaten.
Mentales Schlafwandeln und die Kontrolle über unsere Gedanken
Eines der interessantesten aktuellen Forschungsgebiete in den Neurowissenschaften und der experimentellen Psychologie ist der anscheinend ziellos umherschweifende Geist, das Tagträumen, die ungebetenen Erinnerungen und das automatische Planen. Dabei geht es um das, was ich selbst "mentales Schlafwandeln" nenne, also das permanente Auftreten anscheinend spontaner, aufgabenunabhängiger Gedanken, der sich täglich hundertfach wiederholende Verlust der Aufmerksamkeitskontrolle.
Rationalität kann man genauso trainieren wie innere Bewusstheit. An manchen Orten hat der Transfer von der Forschung in die Lehre bereits begonnen: Es gibt seit Langem philosophische Angebote zur Argumentationstheorie, viele Universitäten machen nun säkularen Meditationsunterricht und systematische Programme für die Entwicklung kritischer Medienkompetenz zum festen Teil ihres Profils.
Lesen Sie auch: Die Rolle neuronaler Netzwerke
Der Einfluss des Stoffwechsels auf das Denken
Die Forschenden zeigen, dass der Stoffwechsel, also alle chemischen Prozesse, die Energie im Körper bereitstellen und verbrauchen, zwei zentrale Rollen in der Erforschung des Denkens spielt. Erstens kann er helfen zu prüfen, ob bestehende kognitive Modelle (also theoretische Beschreibungen geistiger Prozesse) überhaupt biologisch plausibel sind. Denn jedes Modell, das mehr Energie voraussetzt, als das Gehirn bereitstellen kann, ist unrealistisch. Zweitens kann Wissen über den Metabolismus genutzt werden, um neue Modelle zu entwickeln. Diese eröffnen Einblicke in bislang unbeachtete Zusammenhänge zwischen Gehirnstruktur und Informationsverarbeitung.
Die Komplexität des Gehirns und die Notwendigkeit interdisziplinärer Forschung
Das Gehirn ist eben nicht nur eine Ansammlung von 86 Milliarden Nervenzellen, die alle ähnliche Funktionen haben. Die Zellen bilden kleine und große Netzwerke. Wir sehen, dass die baulichen Prinzipien von kleinen Netzwerken sich teilweise auch auf der Ebene von großen Netzwerken widerspiegeln. Um die Funktionalität des Gehirns und letztendlich auch seine Bedeutung für das Verhalten des Menschen zu erfassen, muss man die verschiedenen Skalen überbrücken und miteinander in Beziehung setzen - von der genetischen zur molekularen, zur zellulären Ebene und zum ganzen Gehirn. Dann müssen die Verbindungen aufgeklärt werden zu kognitiven Prozessen und Verhalten, die wiederum auch von sozialen oder kulturellen Faktoren beeinflusst werden.
Neuroplastizität: Die lebenslange Fähigkeit des Gehirns zur Veränderung
Neuroplastizität umschreibt die Fähigkeit unseres Gehirns, lebenslang veränderungs- und lernfähig zu sein. Die Wissenschaft war über 100 Jahre davon überzeugt, dass wir nur als Kinder lernen und uns anpassen können, als Erwachsene jedoch nicht mehr. Unser Gehirn besitzt nach neuesten Forschungen circa 86 Milliarden Nervenzellen, auch als Neuronen bezeichnet. Jede Nervenzelle besteht aus drei Teilen: 1. Dendriten, das sind die Teile, die Signale empfangen, 2. dem Zellkörper, der die Signale verarbeitet und 3. dem Axon, der Teil, der die Signale zur nächsten Nervenzelle weiterleitet.
Wissenschafter haben untersucht, wie das Gehirn sich beim Lernen verändert. PASCUAL-LEONE et al. haben in einer oft zitierten Untersuchung gezeigt, dass alleine die Gedanken in der Lage sind, die physische Struktur des Gehirns zu verändern.
Die Rolle von positiven Gedanken und Mental Training
Bei negativen Gedanken werden zum Beispiel. Adrenalin, Noradrenalin, Cortisol, Cytokine und Histamine ausgeschüttet, bei positiven Gedanken Serotonin, Oxytocin, Dopamin, Endorphine und Vasopressin. Diese Botenstoffe führen zu negativen oder positiven Emotionen. Auch auf der Körperebene nehmen wir die Gedanken schlussendlich wahr, zum Beispiel als Kloß im Hals, als Druck im Magen oder als verspannte Schultern.
Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben
Mentaltraining zeichnet aus, dass wir entscheiden können, wie wir denken. Wer ist verantwortlich für unser Denken? Ja genau, nur wir selbst! Und weil wir ohnehin den ganzen Tag denken, können wir entscheiden, unsere Gedanken in eine für uns positive Richtung zu lenken. Veränderungen sind jederzeit möglich.
Die Kritik am Neuroreduktionismus
In Form der Wir-erklären-den-Menschen-Haltung, die uns so häufig bei einigen berühmt gewordenen Hirnforschern begegnet ist, schadet er der Wissenschaft und der Gesellschaft erheblich. Es wird sich zeigen, ob sich solche alternative Ideen langfristig durchsetzen können. Ich bin aber fest davon überzeugt, dass es eine Idee gibt, die, einmal geboren und in den Köpfen der Menschen angekommen, nicht mehr aussterben wird; und wenn wir uns dieser Idee wieder vollständig bewusst werden, dann werden wir die (Neuro-) Wissenschaft wieder beim Wort nehmen können.
Die Rolle der weißen Substanz bei der Informationsverarbeitung
Die Verarbeitung der Information, also das, was wir häufig unter "Denken" verstehen, findet hingegen in der grauen Substanz statt. Nicht von ungefähr bemüht Agatha Christies berühmter Detektiv Hercule Poirot regelmäßig seine "kleinen grauen Zellen". Um dieses Denken in Handlung zu überführen, von der langsamen Informationsverarbeitung zu einer schnellen Reaktion zu kommen, müssen eben - so das Forschungsteam um Hauptautor Linden Parkes - die Kommunikationswege sehr schnell arbeiten, also die weiße Substanz besonders gut funktionieren.
Die Anzahl unserer Gedanken: Mythos und Realität
Die Studie aus dem Jahre 2020 von JULIE TSENG und JORDAN POPPENK von der Queen’s University mit 184 Teilnehmern stellt den weit verbreiteten Mythos in Frage, dass Menschen täglich zwischen 60.000 und 80.000 Gedanken haben. Stattdessen deutet die Forschung darauf hin, dass wir eher auf etwa 6.000 Gedanken pro Tag kommen, wenn man ihre Ergebnisse extrapolieren würde.
Künstliche Intelligenz und das menschliche Gehirn
Aus meiner Sicht ist es zunehmend wichtig, herauszuarbeiten, wo die Übereinstimmungen und auch Unterschiede zwischen natürlicher und künstlicher Intelligenz liegen. Innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft entwickeln wir ein Forschungsprogramm zu solcher „Neuro-KI“ - ein neues Gebiet, das an der Schnittstelle zwischen Neurowissenschaft und künstlicher Intelligenz entsteht. Es soll einerseits davon profitieren, dass wir über das Gehirn, über die Netzwerkstrukturen, über die kognitiven Fähigkeiten möglichst viel verstehen und dieses Wissen in technische Lösungen überführen. Zugleich wollen wir auch Limitationen für KI verstehen: Warum halluzinieren beispielsweise künstliche neuronale Netzwerke?