Seit Jahrtausenden fasziniert das menschliche Gehirn und seine Funktionsweise die Menschheit. Schon antike Philosophen stellten sich die Frage, was in unserem Denkorgan vorgeht. Einige ihrer Erkenntnisse haben bis heute Gültigkeit, obwohl der Weg dorthin oft über Tierversuche und sogar Experimente an Menschen führte und bisweilen sehr grausam war. Auch heute noch sind viele Fragen offen, doch die Hirnforschung schreitet stetig voran.
Die Anatomie des Gehirns: Einblicke durch Mikroskopie und Färbemethoden
Die Anatomie des Gehirns ist inzwischen gut beschrieben. Mikroskopie und spezielle Färbemethoden ermöglichten feinere Unterteilungen. So entdeckte Korbinian Brodmann 1909, dass sich der Cortex in 43 Bereiche unterteilen lässt, die er Areale nannte. Viele dieser Brodmann-Areale sind tatsächlich auf unterschiedliche Funktionen spezialisiert, so dass seine Areal-Einteilung bis heute verwendet wird. Als Camillo Golgi 1873 eine Methode entdeckte, einzelne Nervenzellen mit all ihren Ausläufern sichtbar zu machen, rückten immer mehr auch diese Nervenzellen selbst in den Fokus der Forschung.
Die Entdeckung der Nervenzellen
Bis Ende des 19. Jahrhunderts war unklar, ob das Gehirn ein zusammenhängendes Netz aus verschmolzenen Neuronen ist oder aus einzelnen Zellen besteht. Camillo Golgis Entdeckung der Silbernitratfärbung machte einzelne Neurone sichtbar. Dies ermöglichte Santiago Ramón y Cajal die Formulierung der Neuronendoktrin: Diskrete Nervenzellen sind die grundlegenden Bausteine des Gehirns.
Die Rolle der Gliazellen
Die Glia-Zellen erschienen zunächst weniger wichtig, obwohl sie im Gehirn ähnlich häufig sind und viele wichtige Funktionen erfüllen. Lange Zeit wurden sie als reiner Kitt betrachtet, der die Nervenzellen an Ort und Stelle hält. Aktuell gibt es eine große Diskussion darüber, ob sie möglicherweise ein ganz eigenes Informationssystem innerhalb des Gehirns darstellen.
Die Physiologie des Gehirns: Elektrische Signale und chemische Botenstoffe
Auch die Gehirn-Physiologie haben Forscher in den Grundzügen verstanden. Information wird innerhalb der Nervenzellen elektrisch weitergeleitet; an den Kontaktstellen zwischen zwei Zellen kommen chemische Botenstoffe ins Spiel. Drogen greifen meist an diesen Kontaktstellen, den Synapsen, an. Das Auslesen der durchschnittlichen elektrischen Aktivität großer Hirnbereiche nutzen heutige Gehirn-Computer-Schnittstellen.
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Die elektrische Erregungsleitung
Luigi Galvani, Hermann von Helmholtz, Lord Adrian und andere beschäftigten die elektrische Erregungsleitung von Nerven und Nervenzellen. Galvani beobachtete, dass Froschschenkel an einer Wäscheleine bei Gewitter zuckten, und bezeichnete dies als tierische Elektrizität. Helmholtz fand heraus, dass diese elektrischen Signale Informationen von Bedeutung trugen und über das Axon weitergeleitet werden. Lord Adrian entdeckte das Alles-oder-nichts-Prinzip und dass die Stärke des Eingangsreizes sich in der Häufigkeit der elektrischen Impulse zeigt.
Die chemische Kommunikation
Otto Loewi entdeckte die Neurotransmitter. Er wies nach, dass ein chemischer Botenstoff des Nervensystems aktiv ist, den er damals den "Vagusstoff" nannte, inzwischen bekannt als Acetylcholin.
Benennung von Gehirnzellen und Hirnarealen: Ehrung von Forschern und Beschreibung von Funktionen
Die Benennung von Gehirnzellen und Hirnarealen erfolgt oft nach den Forschern, die sie entdeckt oder wesentlich zu ihrem Verständnis beigetragen haben. So ehrt man ihre Leistungen und erleichtert die Kommunikation innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
- Brodmann-Areale: Korbinian Brodmann unterteilte den Cortex in 43 Bereiche, die er Areale nannte. Viele dieser Brodmann-Areale sind tatsächlich auf unterschiedliche Funktionen spezialisiert, so dass seine Areal-Einteilung bis heute verwendet wird.
- Golgi-Zellen: Benannt nach Camillo Golgi, der die Silbernitratfärbung entdeckte, die einzelne Neurone sichtbar machte.
- Synapse: Charles Sherrington benannte die Kontaktstelle zweier Neurone, über die Impulse weitergeleitet werden.
Aktuelle Forschung und zukünftige Projekte
Der aktuelle Kenntnisstand der Hirnforschung bietet Antwortansätze auf manche Fragen, die früher eher der Philosophie zugerechnet wurden. Neuroskeptiker weisen aber immer wieder auf die Grenzen der neurowissenschaftlichen Erkenntnisfähigkeit hin. Die Forschung geht weiter.
Der Allen Brain Atlas
Der "Allen Brain Atlas" (ABA) ist das Ergebnis eines umfangreichen Forschungsprojektes. Er wird von Fachleuten als ähnlich wichtig angesehen wie die Entschlüsselung des menschlichen Genoms. Der Atlas wurde nach dem Microsoft-Mitbegründer Paul Allen benannt, dessen Interesse und Großzügigkeit die Realisation des Projekts in Amerika ermöglicht hat.
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Neuromorphic Computing
Wissenschaftler entwickeln eine neue Technologie, die auf der parallelen Datenverarbeitung beruht. Beim sogenannten neuromophic computing übernehmen Neurone aus Silizium die Rechenarbeit auf speziellen Computerchips. Ähnlich wie unsere grauen Zellen im Gehirn sind sie untereinander verknüpft. Wird dieser Verband mit Daten gefüttert, arbeiten alle Silizium-Neurone parallel an der Lösung des Problems.
Künstliche Intelligenz und EEG
Durch die Datenanalyse mit künstlicher Intelligenz (KI) sind faszinierende Anwendungen der EEG-Technologie möglich. Bei BCI-Anwendungen werden durch ausgelesene elektrische Gehirnsignale computerbasierte Prozesse gesteuert.
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