Das menschliche Gehirn ist ein unglaublich komplexes Organ, das Sinneswahrnehmungen verarbeitet, Bewegungen und Verhaltensweisen koordiniert und komplexe Informationen speichert. Ein Schlüsselaspekt dieser Komplexität ist die schiere Anzahl von Nervenzellen, auch Neuronen genannt, die darin enthalten sind. Doch wie viele Neuronen hat das menschliche Gehirn wirklich? Die Antwort auf diese Frage ist überraschend kompliziert und hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt.
Die sich entwickelnde Schätzung der Neuronenzahl
Lange Zeit galt die Zahl von 100 Milliarden Nervenzellen als Standardwert für das menschliche Gehirn. Diese Zahl findet sich auch heute noch in vielen Artikeln und Publikationen. Prof. Dr. Leo Peichl vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung erklärt jedoch, dass diese Annahme veraltet ist. Die moderne Neurowissenschaft tendiert eher zu einer Zahl von etwa 86 Milliarden Neuronen.
Diese Neubewertung ist vor allem der Arbeit der brasilianischen Neurowissenschaftlerin Suzana Herculano-Houzel und ihrem Team zu verdanken, die 2009 ihre Ergebnisse veröffentlichten. Im Gegensatz zu früheren Studien, die auf Hochrechnungen basierten, nachdem Zellzahlen in kleinen Hirnschnitten ermittelt wurden, homogenisierte Herculano-Houzel Gehirne von männlichen Leichen. Durch die Vermischung sämtlicher Hirnstrukturen erhielten sie Proben mit einer durchschnittlichen Verteilung von Zellen und Zelldichten, die repräsentativ für das gesamte Gehirn waren. Anschließend konnten sie die Zellzahlen in den Proben auf das gesamte Hirnvolumen hochrechnen.
Die Herausforderungen der Zählung und Hochrechnung
Prof. Dr. Stefan Liebau, Leiter des Instituts für Neuroanatomie und Entwicklungsneurobiologie der Universität Tübingen, betont, dass auch die Zahl von 86 Milliarden eine Annäherung darstellt. Er vergleicht die Methodik mit der Messung des Salzgehalts in einem Liter Wasser aus dem Atlantik, um auf den Salzgehalt aller Ozeane zu schließen. Solch eine einfache Methode wäre ungenau, da der Salzgehalt an verschiedenen Stellen stark variiert.
Ähnlich verhält es sich im Gehirn. Genauere Messungen zeigen, dass die Nervenzellen in verschiedenen Gehirnregionen, sogar innerhalb des Großhirns, unterschiedlich dicht vorliegen. Moderne Schätzungen berücksichtigen dies stärker und messen an mehreren Stellen. Trotzdem bleibt es eine Annäherung.
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Mehr als nur das Gehirn: Nervenzellen im ganzen Körper
Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Schätzungen auf die Anzahl der Nervenzellen im Gehirn beschränken. Der Körper enthält jedoch noch viel mehr Nervenzellen, beispielsweise im enterischen Nervensystem im Darm oder im Rückenmark.
Neuronenzahl und Intelligenz: Ein komplexer Zusammenhang
Interessanterweise ist die Anzahl der Nervenzellen im menschlichen Gehirn im Tierreich nicht besonders einzigartig. Außerdem lässt sich von der Neuronenzahl oder der Größe des Gehirns nicht direkt auf die Intelligenz schließen.
Wie Prof. Dr. Liebau erklärt, kommt es stark auf die jeweiligen Aufgaben der Zellen an. Manche Tiere haben einen sehr guten Geruchssinn oder viele Sinneszellen auf der Haut oder an den Pfoten. Dies spiegelt sich im Gehirn wider, wo ein großer Teil der Nervenzellen für die Verarbeitung dieser spezifischen Sinnesinformationen zuständig ist. Beim Menschen nimmt der Geruchssinn beispielsweise nur einen winzigen Teil des Gehirns ein.
Letztendlich ist die reine Anzahl der Nervenzellen also nicht so wichtig wie die Frage, wofür sie genutzt werden.
Der "Human Bias" und die Einzigartigkeit des Menschen
Prof. Dr. Liebau vermutet, dass bei Schätzungen der Neuronenzahl auch ein "Human Bias" eine Rolle spielen könnte - eine kognitive Verzerrung, die dazu führt, dass Menschen sich als etwas Besonderes sehen wollen. So wird beispielsweise oft behauptet, dass die Anzahl der Nervenzellen im menschlichen Gehirn die Zahl der Sterne im Weltall übersteigt, obwohl auch hier keine genauen Zahlen bekannt sind.
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Die Vernetzung der Neuronen und die Plastizität des Gehirns
Unabhängig von der genauen Anzahl ist die Vernetzung der Neuronen im Gehirn von entscheidender Bedeutung für seine Funktion. Ungefähr 86 Milliarden Nervenzellen vernetzen sich in einem menschlichen Gehirn. Die Neurone sind über Synapsen miteinander verbunden, die darauf spezialisiert sind, Signale elektrochemisch umzuwandeln und weiterzuleiten. Diese Verbindungen sind nicht statisch, sondern verändern sich ständig im Laufe des Lebens.
Die Hirnforschung hat gezeigt, dass das Gehirn sehr plastisch ist. Sobald wir etwas lernen, bilden sich neue Verbindungen zwischen Nervenzellen. Und sobald wir diese Verbindungen nicht mehr nutzen, fangen sie ziemlich schnell an zu verkümmern. Lernen basiert dabei auf einer spezifischen Verstärkung von bestimmten Synapsen, an denen die Signalübertragung durch biochemische und strukturelle Modifikationen erleichtert wird. Plastische Synapsen verändern hierbei ihre Struktur und ihre Übertragungseigenschaften, was die Grundlage für Lern- und Gedächtnisprozesse ist. Manchmal bilden sich beim Lernen neue Synapsen oder nicht mehr gebrauchte Synpasen werden abgebaut.
Wie gut wir lernen und uns etwas merken können, ist dabei von Faktoren wie Aufmerksamkeit, Motivation und Belohnung abhängig. Dabei werden wichtige von unwichtigen Informationen getrennt. Im Gehirn gibt es keinen zentralen Ort, an dem Informationen gespeichert werden, aber der Hippocampus ist eine zentrale Schaltstelle für viele Gedächtnisinhalte.
Der Mythos der 10%igen Gehirnnutzung
Ein weit verbreiteter Mythos besagt, dass wir nur 10 Prozent unseres Gehirns nutzen. Diese Behauptung ist jedoch falsch. Es gibt viele Patienten, bei denen - zum Beispiel durch einen Unfall oder einen Schlaganfall - Teile des Gehirns geschädigt sind. Würden wir wirklich nur 10 Prozent nutzen, dann würden die meisten Hirnschädigungen ohne Folgen bleiben. In Wirklichkeit führt aber fast jede Hirnschädigung zu irgendwelchen Einschränkungen. Das heißt im Umkehrschluss, dass all die betroffenen Hirnregionen vorher zu etwas gut gewesen sein müssen.
Wir können uns das Gehirn vorstellen als ein großes Knäuel von Milliarden von Nervenzellen. Nicht alle Nervenzellen feuern immer und ständig. Das wäre auch gar nicht gut. Wir würden dann nämlich ständig herumzappeln, könnten uns auf nichts mehr konzentrieren und hätten keine Kontrolle mehr über uns. Somit ist auch schon die Grundannahme falsch, die dem "Zehn-Prozent-Gerücht" zugrunde liegt. Denn es ist eben nicht so, dass das geistige Potenzial um so größer ist, je mehr Gehirnanteile aktiv sind.
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Der Zellatlas des menschlichen Gehirns: Ein Meilenstein der Forschung
Die BRAIN Initiative der US-National Institutes of Health hat seit 2014 einen "Zellzensus" durchgeführt, der zu einem umfassenden Zellatlas des menschlichen Gehirns geführt hat. Dieser Atlas identifiziert etwa 3.300 verschiedene Zelltypen im Gehirn, basierend auf RNA-Analysen.
Ein Team um Kimberly Siletti vom Karolinska Institut in Stockholm untersuchte Gewebe aus 14 menschlichen Gehirnen und klärte mit einer neuen Methode auf, welche RNA-Folgen in den einzelnen Hirnzellen vorhanden waren. Je nach den Aufgaben von Zellen unterscheiden sich die RNA-Sequenzen in ihnen, woraus die Forscher 3313 verschiedene Typen von Zellen ableiten konnten. Der Datensatz für diese Arbeit umfasste mehr als drei Millionen Gehirnzellen.
In zwei weiteren Studien untersuchten ein Team um Yang Li von der University of California und eines um Wei Tian vom Salk Institute for Biological Studies die Epigenetik einzelner Gehirnzellen. Aus diesen drei Studien zusammengenommen, ist ein Hirnzellenatlas entstanden, der einzelne Hirnzelltypen charakterisiert und sie einzelnen Gehirnregionen zuordnet. Dieser Atlas ist für alle Wissenschaftler frei zugänglich.
Joseph Ecker vom Salk Institute, der an mehreren der Studien beteiligt war, sagte: «Dies ist wirklich der Beginn einer neuen Ära in der Hirnforschung, in der wir besser verstehen können, wie sich Gehirne entwickeln, wie sie altern und von Krankheiten in Mitleidenschaft gezogen werden».