Vor mehr als einer halben Milliarde Jahren schuf die Natur Neuronen, Zellen, die Reize empfangen, verarbeiten und weiterleiten können. Diese Erfindung markierte den Beginn der Evolution des Gehirns, eines Organs, das sich im Laufe der Zeit immer weiterentwickelt und komplexer geworden ist.
Evolution des Gehirns: Vom einfachen Nervensystem zur komplexen Struktur
Die Stammesgeschichtlich alten, wirbellosen Quallen haben kein Gehirn. Selbst eine so simple Kreatur wie das Darmbakterium Escherichia coli ist fähig, auf Reize in seiner Umgebung sinnvoll zu reagieren. Im Laufe der Evolution ging die Natur vor wie ein Baumeister, der ein Gartenhäuschen nach und nach zu einer Villa ausbaut. Neue Raumfluchten entstanden, während alte Kämmerchen weiterhin genutzt wurden und der Keller fast unverändert blieb.
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.
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.
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).
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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. 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.
Die Größe des menschlichen Gehirns: Ein Vergleich
Mit einem Volumen von 1230 Kubikzentimetern im weltweiten Durchschnitt ist das menschliche Gehirn ungefähr dreimal so groß wie das der Großen Menschenaffen. Beim Gemeinen Schimpansen sind es 385, beim Orang-Utan 405 und selbst beim Gorilla nur 495 Kubikzentimeter im Schnitt. (Die Gruppe der Kleinen Menschenaffen mit Gibbons und Siamang bleibt im folgenden stets ausgeklammert.)
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.
Faktoren, die die Gehirngröße beeinflussen
Die Größe des Gehirns hängt stark von der des Körpers ab. Betrachtet man eine Reihe verwandter Säugetiere, die sich im wesentlichen nur in ihrer Statur unterscheiden, dann haben die jeweils größeren und schwereren immer auch ein größeres Gehirn. Die absoluten Werte sind somit keine sinnvolle Vergleichsbasis: Das heute gewaltigste Landtier, der Elefant, hat ein viermal so großes Gehirn wie der Mensch, und das liegt offensichtlich in erster Linie an seiner größeren Körpermasse und nicht an seiner höheren Intelligenz.
Beim Vergleich verschiedener Säugerhirne muß deshalb der Einfluß der Körpergröße eliminiert werden. Einfach das prozentuale Verhältnis von Gehirn- zu Körpermasse - das proportionale Hirngewicht - zu nehmen ist wiederum unzulässig, weil dies eine Abweichung zugunsten leichtgewichtiger Arten ergäbe. So beträgt das proportionale Hirngewicht beim Menschen rund zwei Prozent, bei den kleinsten Primaten wie dem primitiven Mausmaki mit nur 60 Gramm Körpergewicht mehr als drei.
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Die Masse des Gehirns im allgemeinen mit der des Körpers zwar zunimmt, aber nicht proportional, also nicht linear; graphisch dargestellt zeigt sich das in einer immer langsamer steigenden Kurve.
In der Abweichung einzelner Arten von dieser Geraden spiegeln sich spezielle Anpassungen wider. 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.
Gehirngröße und Intelligenz: Ein komplexer Zusammenhang
Der oft angesprochene Windungsreichtum als ein Maß für die Entwicklung von Intelligenz ist wenig brauchbar: Die Ausbildung der Windungen hängt bei Säugern in sehr hohem Maße wiederum direkt von der Größe des Gehirns ab. Ein weiteres vorgeschlagenes Kriterium, die ausgesprochen hohe Anzahl von Nervenzellen in der menschlichen Großhirnrinde im Vergleich zu anderen Primaten, läßt sich an Fossilien nicht prüfen. (In der Dichte dieser Rindenneuronen zeigt der Mensch hingegen nichts Besonderes; die Werte für Säuger sind erstaunlich konstant.)
Ob es bei Menschen einen Zusammenhang zwischen Gehirngröße und Intelligenz gibt, ist unter Forschern umstritten. Tatsache ist etwa, dass Frauen im Schnitt kleinere Gehirne haben als Männer - bei Männern sind es etwa 1400 Milliliter, bei Frauen etwa 200 Milliliter weniger. Allerdings gibt es keine Belege dafür, dass Frauen weniger intelligent sind als Männer.
Dennoch scheint zumindest beim Vergleich verschiedener Tierarten ein Zusammenhang zwischen Gehirngröße und Intelligenz zu bestehen: Etwa lässt sich bei Säugetieren klar beobachten, dass bei zunehmender Körpergröße auch die Gehirnmasse zunimmt - woraus sich eine Kurve errechnen lässt. Weicht nun die tatsächliche Gehirnmasse eines Säugetiers von dieser Kurve nach oben ab, hat es einen größeren EQ (Enzephalisationsquotient) und gilt als intelligenter. Beim Menschen ist das der Fall, aber etwa auch bei Delfinen.
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Warum hat sich das menschliche Gehirn vergrößert?
Zur Frage, warum sich das Gehirn im Laufe der menschlichen Evolution so dramatisch vergrößert hat, gibt es verschiedene Erklärungsversuche. Einige beziehen sich allein auf spezifische Merkmale unserer Gattung und lassen sich, weil lediglich eine - unsere - Spezies überlebt hat, nur am verfügbaren Fossilmaterial überprüfen.
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.
Andere Forscher meinen hingegen, ein relativ großes Gehirn habe bei Primaten nichts mit der Nahrungssuche, wohl aber mit dem Leben in Sozialverbänden zu tun, das ein hohes Maß an abgestimmtem Verhalten wie gemeinsames Planen und Handeln sowie Kommunikation verlangt.
Der schrumpfende Mensch: Hat unser Gehirn an Größe verloren?
Der Befund ist eindeutig: Seit etwa 10.000 Jahren schrumpft das Gehirn des modernen Menschen. Mehr als zehn Prozent an Masse büßte unser Denkapparat seitdem ein.
Manche Forscher glauben, dass das Gehirn schrumpfte, weil auch unsere Körper an Masse leicht abgenommen haben. Dies könnte mit den milderen klimatischen Bedingungen zusammenhängen, die sich vor 10.000 Jahren auf der Erde ausbreiteten. Zuvor waren größere Körper von Vorteil, da sie Wärme besser speichern.
Eine andere Theorie: Das menschliche Gehirn schrumpfte mit dem Aufkommen von externen Informationsspeichern, schlägt eine Studie vor. Anfangs waren das Höhlenmalereien, später Schrift und in moderner Zeit schließlich digitale Speichermedien, welche über die Jahrtausende unsere Denkorgane kleiner werden ließen. Denn das Gehirn des Einzelnen musste sich nicht mehr so viel merken.
Die These der "Selbstdomestizierung" ist eine alternative Erklärung für die schrumpfenden Gehirne. Laut ihr sind kleinere Gehirne ein körperlicher Nebeneffekt, der eigentlich aus einer natürlichen Auslese von bestimmtem Verhalten hervorgeht: In der zunehmend auf Arbeitsteilung ausgelegten Steinzeit-Gesellschaft hatten plötzlich jene Menschen die größte Chance, zu überleben (und sich zu vermehren), welche kooperativ und besonnen waren.
Die Entwicklung der Gehirngröße im 20. Jahrhundert
Unser Gehirn ist bereits relativ groß, verglichen mit anderen Säugetieren. Doch die evolutionäre Obergrenze scheint noch nicht erreicht zu sein: Im letzten Jahrhundert sind menschliche Gehirne immer voluminöser geworden, wie eine Studie zeigt. Wer in den 1960er Jahren geboren wurde, hat demnach ein um fast sieben Prozent größeres Gehirn als jemand, der in den 1920er Jahren geboren wurde.
Dabei zeigte sich, dass die menschlichen Gehirne im Laufe der Jahrzehnte langsam, aber stetig immer größer geworden sind. Während Personen, die in den 1920er Jahren geboren wurden, noch ein durchschnittliches Gehirnvolumen von 1.234 Millilitern aufwiesen, erreichten in den 1960ern geborene Menschen ein durchschnittliches Hirnvolumen von 1.321 Millilitern. Das entspricht einer Vergrößerung um 6,6 Prozent, wie die Forschenden berichten.
Die Neurobiologen vermuten mehrere Gründe hinter dem beobachteten Hirnwachstum. „Die Genetik spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Gehirngröße, aber unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass auch äußere Einflüsse - wie gesundheitliche, soziale, kulturelle und pädagogische Faktoren - eine Rolle spielen könnten“, erklärt DeCarli.
Aufbau und Struktur des Gehirns
Unser Gehirn besteht aus etwa 86 Milliarden Nervenzellen. Die Nervenzellen sind die Bausteine unseres Nervensystems. Sie besitzen einen Zellkörper und Zellfortsätze, die sie mit anderen Nervenzellen oder mit Körperzellen, wie beispielsweise Muskel- oder Drüsenzellen, verbinden. Diese Fortsätze werden als Axone und Dendriten bezeichnet. Axone leiten Signale zu anderen Neuronen oder Zielzellen weiter, während Dendriten die Signale meistens von anderen Neuronen empfangen. Neben den Neuronen enthält das Nervensystem Gliazellen und ein dichtes Netz von Blutgefäßen, das die ausreichende Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen sicherstellt.
Unser Nervensystem gliedert sich in das Zentralnervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem. Das Zentralnervensystem setzt sich aus dem Gehirn und dem Rückenmark zusammen. Die außerhalb von Gehirn und Rückenmark liegenden Nervenzellen gehören zum peripheren Nervensystem. Das Gehirn wird orientierungsweise in 5 größere Abschnitte unterteilt. Dies sind das Großhirn, das Zwischenhirn, das Mittelhirn, das Kleinhirn und das Nachhirn. Umgeben ist das Gehirn von 3 Hautschichten. Die äußere Hülle (harte Hirnhaut) ist innen mit den Schädelknochen fest verbunden. Zwischen der inneren und der mittleren Haut befindet sich Flüssigkeit, die bei Erschütterungen wie eine Art Stoßdämpfer wirkt und somit zum Schutz des Gehirns beiträgt. Im Inneren des Gehirns befinden sich 4 Hohlräume (Hirnkammern), die mit Gehirnflüssigkeit gefüllt sind.
Das Großhirn nimmt 80% der Hirnmasse ein. Es besteht aus einer rechten und einer linken Großhirnhälfte, die durch einen breiten und dicken Nervenstrang (den „Balken“) miteinander verbunden sind. Die äußere Schicht des Großhirns bildet die Großhirnrinde. Sie ist 2 bis 3 Millimeter dick und wird auch, wegen ihres Aussehens, als graue Substanz bezeichnet. Ihre graue Farbe erhält die Großhirnrinde von den Zellkörpern der Neurone. Unterhalb der Großhirnrinde befindet sich die weiße Substanz.
Geschlechterunterschiede im Gehirn
Biologische Männer sind im Schnitt größer, schwerer und haben eine stärker entwickelte Muskulatur als biologische Frauen - und sie haben ein größeres Gehirn. Die menschliche Schaltzentrale des Körpers wiegt rund 1.300 Gramm, wobei die des Mannes etwa 100 Gramm schwerer ist. Dies bedeutet keinesfalls, dass biologische Männer intelligenter sind als das weibliche Pendant. Denn die Gehirngröße ist vielmehr von Gewicht und Statur des Trägers abhängig.