So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Unsere Zellfortsätze im Gehirn funktionieren anders als bisher angenommen. Demnach seien sie nicht nur für die Weiterleitung von Signalen verantwortlich, sondern erzeugen auch selbst Impulse. Möglicherweise sind sie sogar für den Großteil der Hirnaktivität verantwortlich.

Bisher waren die Aktivitäten von Nervenzellen klar strukturiert. Demnach erzeuge der Zellkörper Nervenimpulse. Ein Axon leitet diese weiter und gibt sie an die Dendriten, sogenannte Zellfortsätze, von anderen Neuronen. Diese leiten im letzten Schritt den Impuls an den Zellkörper weiter. Laut einer Forschergruppe von Jason J. Moore am Keck Center for Neurophysics der University of California sei diese vereinfachte Darstellung jedoch nicht ganz richtig.

Unser Gehirt leistet mehr als nur die Weiterleitung eines Signals

Laut den Ergebnissen des Teams bestehe die Aufgabe von Dendriten zwar auch darin Signale weiterzugeben, jedoch können sie auch selbst Signale erzeugen – und das weitaus häufiger als der Zellkörper selbst! Bisher wurde die Signalerzeugung hauptsächlich diesem zugeschrieben.

Versuche an frei laufenden Ratten ergaben nun ein anderes Bild. Moore und sein Team untersuchten die Aktivität der Nervenfortsätze. Dafür nahmen sie die Hilfe von Mikroelektroden in Anspruch. Anhand der Ergebnisse konnte das Team unter anderem bestätigen, dass die bisher nur sporadisch beobachteten Impulse an lebenden Tieren auftreten. Hinzu und noch viel interessanter im Verlauf sei, dass diese Impulse extrem häufig auftreten. Könne der Befund allgemein angewendet werden, also für Tier und Mensch, wären bisher mehr als 90 Prozent der neuronalen Aktivitäten des Gehirns vollkommen unbekannt gewesen.

Von Aktionspotenzialen bis hin zur Signalerzeugung

Um über die neuronale Aktivität bei lebenden Tieren Informationen zu erhalten, werden Aktionspotentiale zur Hilfe genommen, die von den einzelnen Zellkörpern erzeugt werden. Bisher war der Wissenschaft jedoch schon klar, dass es sich nur um einen Bruchteil der gesamten Aktivitäten handeln und dass die Nervenaktivität viel weiter reichen könne. Das Ausmaß sei bisher allerdings noch unbekannt. In isolierten und sezierten Neuronen und Gehirnen konnten Wissenschaftler bereits herausfinden, dass Dendriten, die bisher hauptsächlich als Empfänger von Signalen erachtet wurden, auch selbst Signale erzeugen. Das jedoch an lebenden Tieren zu beweisen, sei bisher allerdings äußerst schwierig gewesen, da die Dendriten dünn und weit verzweigt seien. Moore und seinem Team gelang dies schließlich mit sogenannten Tetroden. Diese messen normalerweise nur Signale außerhalb von Zellen.

Lernvorgänge auch innerhalb von Zellen

Die Tetroden seien in der Lage unter bestimmten Umständen auch intrazelluläre Aktionspotentiale zu erkennen und zu messen, ohne die Zellmembran durchdringen zu müssen. Vermutlich seien die einzelnen Dendriten in einen schmalen Spalt zwischen den Elektroden geraten, weshalb eine Messung ermöglicht wurde. Das vermuten die Forscher. Diese Aktion gelang sogar in 25 weiteren Fällen. Laut den Forschern seien die Signale auffallend anders als die extrazelluläre Impulse normalerweise. Aufgrund dessen seien sie leicht zu erkennen gewesen.

Folglich konnte durch die nun zugrunde liegenden Ergebnisse die Hypothese, dass Signale nicht nur in den Gruppen von Neuronen verarbeitet werden, sondern auch innerhalb der Zelle Lernvorgänge stattfinden, weiter gestärkt werden.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Bisher sind Wissenschaftler davon ausgegangen, dass Menschen das Bewusstsein verlieren, sobald die Leitungen zwischen einzelnen Bereichen des Gehirns unterbrochen sind. Nun gibt es neue Erkenntnisse, die zeigen, dass die Regionen auch bei Vollnarkose im Gehirn kommunizieren könnten, sich aber im Grunde anschweigen.

Genaue Funktion von Medikamenten für die Vollnarkose

Narkotika oder Anästhetika gehören zu den wertvollsten und bedeutendsten Erfindungen der modernen Medizin. Doch die genaue Funktionsweise gibt den Medizinern bis heute Rätsel auf. Dazu gibt es bisher lediglich grobe Hypothesen. Nun konnten Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt offenbar die bisherige Ansicht zur chemisch induzierten Bewusstlosigkeit widerlegen. Bisher ging man davon aus, dass die Narkose die Kommunikationswege im Gehirn unterbricht. Offenbar sorgen jedoch die Medikamente dafür, dass die Bereiche nichts zu kommunizieren haben. Bei Versuchen mit Frettchen zeigte sich, dass die erzeugte Information in der Sehrinde und im präfrontalen Kortex stark zurückgeht.

Hirnregionen kommunizieren

So ist auch der Befund zu erklären, dass die Hirnregionen unter Narkose weniger intensiv kommunizieren. Dies ist jedoch die Folge der Narkose, nicht die Ursache. Das widerlegt auch die Annahme, dass die Langstreckenverbindungen in den Gehirn-Bereichen für das Bewusstsein wesentlich verantwortlich sind. Beim Versuch mit den Frettchen wurde das Narkotikum Isofluran in unterschiedlicher Konzentration eingesetzt. Zudem wurde die Entropie der Hirnsignale der einzelnen Regionen als Maß für die jeweils dort erzeugten Informationen herangezogen.

Spezielle Rezeptoren verantwortlich

Für die Wissenschaftler zeigte sich so, dass die verfügbaren Informationen und die Informationsübertragung unter dem Einfluss der Medikamente mit steigender Konzentration immer weiter abnahmen. Außerdem ist der Informationsstrom ausgehend von einer Hirnregion proportional zu den verfügbaren Informationen stark gesunken. Das wiederum bestätigt den Befund der Wissenschaftler, dass die durch Isofluran aktivierten Rezeptoren der Areale im Gehirn vor allem für die lokalen Neuro-Netzwerke eine wichtige Rolle spielen. Noch wissen die Wissenschaftler aber nicht, wie genau dieser Prozess ablaufen könnte und warum genau diese Rezeptoren offenbar von so großer Bedeutung für das menschliche Bewusstsein sind. Die neuen Daten liefern zwar interessante neue Erkenntnisse, weitere Forschungsarbeit ist aber noch nötig.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Was Forscher in Laboren testen, versuchen jetzt auch Laien auf der Couch. Eine Selbstoptimierung der Gehirnzellen mit einem selbstgebauten Gleichstromstimulator soll die Hirnleistung verbessern. Inwieweit ein Erfolg stattfindet und keine Risiken eintreffen, sei jedoch dahingestellt.

Grundlage: Die transkranielle Gleichstromstimulation

Schon seit vielen Jahren sind Forscher dabei mit elektrischem Strom oder Magnetfeldern die Hirnleistung zu verbessern. Oft greifen sie dabei zu der oben angeführten Methode. An den Kopf angebrachte Elektroden leiten einen schwachen Strom direkt in das Gehirn. Dabei soll die elektrische Aktivität der einzelnen Nervenzellen positiv beeinflusst werden. Die transkranielle Gleichstromstimulation diene zu therapeutischen Zwecken um Depressionen und Gedächtnisprobleme durch Alzheimer zu lindern. Mittlerweile basteln sich Laien diesen Simulator selbst für zu Hause und wecken das Interesse anderer mit euphorischen Berichten über erfolgreiche Selbstversuche zur Leistungssteigerung.

Was passiert im Gehirn?

Kommerzielle Hersteller versprechen ihren Kunden durch diese Methode eine verbesserte Formbarkeit des Gehirns, da Neuronen besser feuern würden. Ganz richtig ist diese Aussage jedoch nicht. Die genaue Wirkungsweise ist nicht bekannt. Es sei richtig, dass eine verbesserte Erregbarkeit der Neuronen durch eine Stimulation stattfindet, allerdings bedeute das nicht unbedingt mehr Leistung. Oft hänge es auch von der Aufgabe ab und der bereits vorhandenen Leistungsfähigkeit des Probanden. Manche Studien zeigen überhaupt keine oder nur sehr kleine Veränderungen der Gehirnaktivität auf.

Stimulation an gesunden Menschen

Laborversuche, die eine Gleichstromstimulation an gesunden Menschen voraussetzen, dienen in erster Linie dazu, die Beeinflussung der Hirnaktivität zu erforschen und inwieweit die Areale mit kognitiven Funktionen zusammenhängen. So werden beispielsweise der frontale Kortex, motorische Areale, sowie die Grenze zwischen Scheitel- und Schläfenlappen mit Strom behandelt, um herauszufinden ob die Aufmerksamkeit, Erlernbarkeit von Abläufen und soziale Fertigkeiten verbessert werden können. Die Ergebnisse seien bislang sehr widersprüchlich. Einige zeigen Verbesserungen, andere sehr geringe oder gar keine Effekte.

Nicht auf die leichte Schulter zu nehmen

Eine Stimulation ist nicht so einfach wie viele glauben. Wer aussagekräftige Ergebnisse erzielen möchte, muss genau arbeiten. Die Elektroden müssen exakt an den richtigen Stellen platziert werden. Zudem spielt die Dauer, die richtige Stromintensität und der richtige Zeitpunkt der Simulation eine wichtige Rolle. Für gewisse Effekte ist auch wichtig, auf welche gerade ablaufende Hirnaktivität der Gleichstrom trifft. Somit werden unterschiedliche Ergebnisse erzielt, wenn der Proband gerade schläft, meditiert oder aktiv unterwegs ist.

Forscher arbeiten mit standardisierten Methoden und selbst dann fallen die Ergebnisse unterschiedlich aus. Eine genaue Vorhersage auf das Resultat lässt sich kaum bestimmten. Wie viel weniger noch bei selbstgebastelten und durchgeführten  Stimulationen zu Hause!

Zur Optimierung der Gehirnzellen ist folgendes zu beachten

Forscher und Neurowissenschaftler sind besorgt und äußern ihre Bedenken, wenn es um die Hirnoptimierung durch Unerfahrene in den eigenen vier Wänden geht. Neben Risiken und Nebenwirkungen, wie die Gefahr von Krampfanfällen oder Hautverbrennungen, warnen sie auch vor möglichen Langzeitschäden. Forscher der University of Oxford reizten beispielsweise den Scheitellappen, der für mathematische Leistungen wichtig ist, von Versuchspersonen. Die Fertigkeit und das Lernen wurden tatsächlich positiv beeinflusst, andere Gedächtnisleistungen wurden jedoch gleichzeitig verschlechtert. Solche Wirkungen können teilweise lange anhalten. Eine Stimulation wurde noch nie täglich über Monate hinweg getestet, so wie es einige Privatanwender tun. Dementsprechend ist derzeit noch ungewiss, welche Langzeitfolgen Anwender durch diese Stimulation erwarten werden.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Wissenschaftler fanden anhand von Studien heraus, dass Schwangerschaften in Gehirnen von frischgebackenen Müttern langfristig Spuren hinterlassen. Dabei bauen gewisse Areale des Gehirns eher ab als auf – scheinbar jedoch nicht zum Nachteil.

Anhand einer neuen Studie stellten Forscher an der Universität Leiden in den Niederlanden unter der Projektleitung von Elseline Hoekzema fest, dass sich eine Schwangerschaft nicht nur, wie bereits bekannt, auf den Körper und den Hormonhaushalt auswirkt, sondern dass auch das Gehirn beeinträchtigt wird. Für die Studie wurden die Gehirne von 25 Müttern vor und nach der ersten Geburt untersucht und mit den Daten von 19 erstmals werdenden Vätern verglichen. Gleichzeitig wurden auch Gehirne von 20 Frauen und 17 Männern begutachtet, die kinderlos blieben.

Erstaunliche Ergebnisse

Nach der Geburt konnte bei den Müttern eine Abnahme an grauer Substanz in verschiedenen Arealen des Gehirns festgestellt werden. Als graue Substanz werden bestimmte Bereiche des Zentralnervensystems bezeichnet, die aus Zellkörpern von Neuronen bestehen. Besonders waren der mediale frontale, der posteriore, sowie der präfrontale und temporale Kortex von dem Abbau betroffen. Diese Regionen des menschlichen Gehirns spielen, laut den Forschern, eine Rolle bei der Erkennung von Gefühlen, Absichten und Erwartungen anderer Personen und der eigenen Bewusstseinsvorgänge. Interessant stellte sich für die Wissenschaftler auch der Fakt heraus, dass die betroffenen Regionen sich auch mit Arealen überlappen, die besonders aktiviert werden, wenn die Mutter ihr Kind anschaut.

Die Veränderungen waren so deutlich, dass anhand der Daten alleine schon bestimmt werden konnte, welche Probandin schwanger war und welche kinderlos blieb. Die Testpersonen wurden nach der Schwangerschaft zwei Jahre lang begleitet.  So kann mit Sicherheit gesagt werden, dass der Zustand der verminderten grauen Substanz mindestens auch so lange anhält. Männer zeigten keinerlei Veränderungen. Dieser Aspekt lässt darauf schließen, dass nur der Zustand der Schwangerschaft sich auf das Gehirn auswirkt, nicht die Anpassung an die Rolle eines Elternteils. Sonst wären Väter ebenso davon betroffen.

Was es für die Mütter bedeutet

Darüber spekulieren die Forscher noch. Möglicherweise rüstet diese Veränderung die Mütter auf die sozialen Anforderungen aus, die eine Schwangerschaft und die Aufzucht eines Säuglings mit sich bringen. Die Bedürfnisse des Babys könnten wahrscheinlich deutlicher wahrgenommen und erkannt werden. Diese Sichtweise scheint etwas widersprüchlich zu den Ergebnissen zu sein. Normalerweise müssten, laut Logik, Regionen, die stärker beansprucht werden, eher aufgerüstet als abgebaut werden.

Hoekzema und ihr Team versuchen dieses Phänomen mit den Prozessen von Jugendlichen in der Pubertät zu erklären. Bei jungen Menschen in dieser Phase findet das sogenannte „pruning“, eine Synapsenelimination statt. Während der Pubertät werden neue und spezialisierte Netzwerke im Gehirn geschaffen. Diese brauchen Platz. Zu schwache oder gar für die jetzige Situation überflüssige Verbindungen werden daraufhin abgebaut. Dieser Prozess mag möglicherweise auch in den Gehirnen von frischgebackenen Müttern stattfinden. Die festgestellten Veränderungen betrafen allerdings nur dieses Feld. Kognitive Veränderungen konnten nicht nachgewiesen werden.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Früher wurden unter anderem Lachgas, Alkohol oder betäubende Pflanzen bei medizinischen Eingriffen eingesetzt. Mittlerweile ist es gang und gäbe, Operationen unter Narkose durchzuführen. Doch wie wach ist unser Gehirn in diesem Zustand eigentlich?

Betäubung durch Lachgas, Alkohol und Pflanzen

Bis zur erstmaligen Einsetzung der Vollnarkose im Jahr 1846 im Bostoner Massachusetts General Hospital, wurden Patienten lediglich mit Lachgas, Alkohol oder Pflanzen betäubt. Dadurch konnten die Schmerzen jedoch nie voll und ganz ausgeschaltet werden. Operationen fanden demnach statt, obwohl die Betroffenen bei vollem Bewusstsein waren. Mit Erfindung der Narkose wurde lange Zeit davon ausgegangen, dass das Großhirn des Patienten oder der Patientin während dieser Betäubungsphase vollständig inaktiv sei. Aus diesem Grund, so dachte man, komme es zu keinerlei Schmerzwahrnehmung, Erinnerung oder Reflexen.

Nervenzellen arbeiten in einem anderen Rhythmus

Erst vor etwa vier Jahren begannen Experten, an dieser Theorie immer stärker zu zweifeln. Ein Forscherteam um den Wissenschaftler Gernot Supp beschäftigte sich am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf eingehend mit dem Phänomen des Narkosezustands. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Nervenzellen während der Narkose keineswegs deaktiviert werden, sondern lediglich in einem anderen Rhythmus Signale weiterleiten. Durch die Narkose würden alle Nervenzellen gleichzeitig dazu bewegt, aktiv zu sein. Dadurch werde anschließend kein Signal weitergeleitet und die Information nicht verarbeitet. Denn um eine optimale Weiterleitung und Verarbeitung zu gewährleisten, müssen Nervenzellen nacheinander aktiv werden, so die Experten.

Fluoreszierendes Protein macht Signale sichtbar

Eine weitere Studie zu diesem Thema erschien kürzlich im Fachmagazin „Frontiers in Cellular Neuroscience“. Unter der Leitung von Mazahir T. Hasan untersuchten Forscher an der Charité Berlin die Gehirnaktivitäten von Mäusen. Eine Gruppe der Tiere wurde unter Narkose gesetzt, die Vergleichsgruppe befand sich im Wachzustand. Durch fluoreszierende Proteine konnten die Wissenschaftler die Aktivitäten im Gehirn der Tiere deutlich sichtbar aufzeichnen. Nervenzellen leiten ihre Informationen durch elektrische Signale weiter. Mit Hilfe des Proteins ist es möglich, diesen Prozess in Lichtsignale umzuwandeln, sodass die Kommunikation der Nervenzellen für das menschliche Auge nachvollziehbar gemacht wird.

Besonders sensibel für äußere Reize

Auch das Forscherteam der Charité Berlin fand heraus, dass Nervenzellen während der Narkose durchaus aktiv sind. Sie arbeiten sogar auf Hochtouren, nur eben gleichzeitig, also synchron, berichteten die Forscher. Im Wachzustand verhalte sich die jedoch ganz anders. In dieser Hinsicht stimmen die beiden Studien demnach überein. Doch Mazahir T. Hasan machte noch eine weitere Entdeckung. Sein Team stellte fest, dass die Mäuse im Narkosezustand deutlich sensibler auf äußere Reize reagierten als erwartet. Gehirnregionen, die beispielsweise lediglich bei Berührung aktiviert werden, wenn also der Tastsinn stimuliert wird, reagierten während der Narkose plötzlich auch auf akustische Reize.

Erstaunliche Entdeckung wirft Fragen auf

Dies erscheint natürlich äußerst verwunderlich, wenn man davon ausgeht, dass eine Narkose unser Bewusstsein vor äußeren Einflüssen wie Schmerzen schützen soll. Bisher konnten die Forscher auf diese neue Frage noch keine plausible Antwort finden. Klar ist jedoch nun allemal, dass unser Gehirn auch im Narkosezustand hochaktiv ist. Unser Bewusstsein scheint zwar betäubt, doch die Nervenzellen arbeiten nach wie vor einwandfrei und sogar auf eine erstaunliche Art und Weise, die es noch zu erforschen gilt.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Im Sekundentakt muss unser Gehirn mit ankommenden Informationen umgehen. Es gibt Tage an denen wir denken, dass unser Gehirn bald platzt und wir einfach nichts mehr hinein bekommen. Ist das denn möglich? Kann unser Gehirn irgendwann einfach keine Informationen mehr aufnehmen?

Im Film „Butterfly Effect“ geht es dem Hauptdarsteller so. Er reist in der Zeit zurück, weil er etwas an seiner Geschichte ändern möchte und dabei droht sein Gehirn vor lauter Informationen zu platzen. Durch die vielen Erinnerungen erreicht sein Gehirn eine Grenze und ist nicht mehr aufnahmefähig. In der Realität ist das allerdings anders.

Forscher schätzen, dass ein Mensch 86 Milliarden Nervenzellen im Gehirn hat. Das mag zwar nach unglaublich viel klingen, ist es aber nicht, schließlich müssen wir mit unheimlichen vielen Informationen umgehen können. Wenn jede Gehirnzelle für eine Information verantwortlich wäre, dann wäre das Gehirn tatsächlich irgendwann voll.

Der Mensch speichert Erinnerungen in Engrammen. Dabei handelt es sich um Zellen, die als Verbund ein Netzwerk ergeben. Durch ihre parallele Aktivität repräsentieren sie für uns unsere Erinnerungen. Es gibt auch noch andere Verbindungen im Gehirn, diese werden Synapsen genannt und ein einziges Neuron kann in etwa 10.000 Synapsen bilden.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Aufgrund des rapiden Fortschritts der Technik stellen Fragen medizinischer Art die Experten in der heutigen Zeit kaum noch vor größere Probleme. Ganz anders ergeht es zurzeit Forschern aus Italien. Diese stehen im Fall eines Landsmannes, der nach einer Hirnerkrankung plötzlich nur noch französisch spricht, aktuell vor einem großen Rätsel.

Der auf den ersten Blick äußerst skurrile Fall wird von den Wissenschaftlern Sergio Della Sala, Angela de Bruin und Nicoletta Beschin in einer Ausgabe des Fachmagazins „Cortex“ geschildert. Der Mann, der von den behandelnden Ärzten lediglich „JC“ genannt wird, verlor durch eine Schädigung des Hirns plötzlich seine Muttersprache und kann sich seither ausschließlich in französischer Sprache ausdrücken.

Des Französischen war der 50-jährige zwar bereits seit mehr als 30 Jahren mächtig, der Wissensstand ging in dieser Zeit allerdings nie über einfaches Schulfranzösisch hinaus. Sein Sprachtalent wurde durch die Erkrankung auch nicht etwa gefördert, Vokabular und Formulierungen entsprechen exakt dem Stand aus der Schulzeit. Für den Mann ist dies kein Hinderungsgrund, mit seiner Umwelt und den Mitmenschen auf Französisch zu interagieren. Dabei lässt er sich auch von der Tatsache nicht hindern, dass diese ihn kaum verstehen können.

Die Ursachen der Störung

Die Forscher machen körperliche Ursachen für den Verlust der Muttersprache verantwortlich. Schon seit einiger Zeit ist „JC“ wegen einer Wasseransammlung im Gehirn in Behandlung, die von einer Erweiterung eines Blutgefäßes im Hirnstamm hervorgerufen wurde. Grundsätzlich verlief diese Behandlung ohne jedwede Komplikation – lediglich die Veränderung der Sprache stellt die Mediziner für ein aktuell nicht zu lösendes Problem.

Sie vermuten bisher, dass es sich dabei um eine Form einer manischen Zwangsstörung handelt, die von der Hirnerkrankung hervorgerufen wurde. Das Team aus italienischen Wissenschaftlern möchte sich auch in Zukunft weiter mit JC auseinandersetzen, um dieses Phänomen weiter beobachten und beschreiben zu können. Denn da vergleichbare Erkrankungen selten sind, existieren kaum medizinische Erkenntnisse darüber.

JC, ein Franzose durch und durch

Besonders kurios an dieser Geschichte ist aber nicht allein die Tatsache, dass er mit seinen Mitmenschen ungehemmt auf Französisch kommuniziert. Laut Aussagen seiner Ehefrau und der Ärzte weist er Verhaltensmuster auf, die an eine „typische Karikatur eines Franzosen“ erinnern. So backe er in seiner Freizeit beispielsweise ständig Brot, koche ausschließlich landestypisches Essen und begrüße die Leute mit einem lauten „Bonjour“.

Wohlgemerkt, des Italienischen ist er trotz allem weiterhin mächtig – er will es in seinem Alltag aus unerklärlichen Gründen aber nicht weiter benutzen. Lediglich im Schriftverkehr und nach ausdrücklicher Aufforderung drückt er sich ohne Einschränkungen in seiner Muttersprache aus. Seine Gedanken finden offensichtlich aber auf Französisch statt.

Ähnliche medizinische Phänomene

Ein ähnlicher Fall wurde in den letzten Jahren lediglich bei einer 94-jährigen Patientin aus China beobachtet. Nach einem Schlaganfall war die pensionierte Englischlehrerin plötzlich nur noch in der Lage sich in der Sprache auszudrücken, die sie ihren Schülern zuvor über viele Jahre vermittelt hatte. Zur Kommunikation in ihrer Muttersprache war sie allerdings nicht mehr fähig.

Eine Erkrankung, die von Medizinern bisher besser dokumentiert werden konnte, ist das „Foreign Accent Syndrom“. Auslöser ist auch hier meist ein Schlaganfall oder eine Hirnerkrankung, die Auswirkungen stellen sich allerdings anders dar. Betroffene sprechen ihre Muttersprache in der Folge mit einem Akzent, den sie zuvor nicht beherrschten.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Anhand von sehr komplexen Programmen wollen Neuroforscher das Gehirn genauestens unter die Lupe nehmen. Dabei wollen sie heraus finden, wie Gedanken und Gefühle in unserem Kopf entstehen. Neue Methoden sind dafür von Nöten.

Eine lange Forschung

Schon seit über 100 Jahren suchen Forscher nach Antworten, sie möchten nämlich wissen wie unser Gehirn funktioniert. Was passiert mit den 1,3 kg wenn wir an etwas denken oder so etwas wie Gefühle verspüren? Forscher machten sich das Leben leichter, indem sie zuerst Nervensysteme von Organismen untersuchten, die etwas einfacher gestrickt sind. So wurde 1986 beispielsweise das Nervensystem des Fadenwurms untersucht und dessen 302 Nervenzellen wurden kartiert. Es ergab sich bei der Untersuchung keine Erklärung, in wie fern Fortpflanzung und Futteraufnahme zusammen hängen. Das Problem der Forscher war, dass sie das Verhalten des Wurmes keinen genauen Aktivitäten zuordnen konnten.

Deutlich schwieriger und komplizierter ist das Nervensystem des Menschen. Es tauchen immer wieder Studien und Hirnscans auf, die beweisen wollen, dass bestimmte Bereiche des Gehirns aufleuchten, wenn wir z.B. eine Fremdsprache sprechen oder wir uns zurückgewiesen fühlen. Durch diese Ergebnisse wird uns das Gefühl vermittelt, dass wir in das Innere des menschlichen Gehirns schauen können, damit liegen wir bislang allerdings komplett falsch.

Ergebnis und Deutung

Ein sehr prägnantes und aussagekräftiges Beispiel für die Missverständnisse bei der Deutung unseres Gehirns gibt es in Form einer Studie. Bei dieser Studie wurde das Gehirn der Probanden untersucht, wenn ihnen ein Bild von Jennifer Aniston gezeigt wurde. Bei der Studie wurden immer wieder die gleichen Gehirnzellen beim Anblick des Bildes aktiv. Es ist aber unklar, was das überhaupt bedeutet, schließlich handelt es sich bis dato nur um eine Feststellung ohne jegliche Erklärung. Die Forscher rätseln immer noch, warum das Neuron auf elektrische Art und Weise aktiv wird wenn wir das Bild von Jennifer Aniston sehen. Es ist wahrscheinlich und so vermuten es auch die Forscher, dass für solche Aktionen weitaus mehr Gehirnzellen beansprucht werden und diese mit Hilfe eines neuronalen Kodes, der uns noch unbekannt ist, kommunizieren.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Es ist bereits seit Längerem bekannt, dass Musizieren, wie etwa Klavierspielen, die menschlichen Hirnfunktionen und Hirnstrukturen verändert. Bislang gingen Forscher davon aus, dass die Hirnregionen, die für die Bewegung der Hände und das Hören zuständig sind, mit der Anzahl der in der Kindheit und Jugend mit Üben verbrachten Stunden zunehmen und dass „größer“ in diesem Fall auch „besser“ bedeute.

Wissenschaftler des Instituts für Musikphysiologie sowie Musikermedizin der Hochschule für Musik, Theater und Medien in Hannover haben in Zusammenarbeit mit der Cognition and Brain Plasticity Unit of Barcelona nun in einer Studie herausgefunden, dass bei jungen Pianisten diese Hirnzentren kleiner sind als bei denjenigen, die später mit dem Klavierspiel begannen, dass sie jedoch über ein präziseres Tonleiterspiel verfügen.

Pianisten haben andere Gehirne

Im Vergleich zu Nicht-Pianisten besitzen Pianisten größere Zentren, die für Gedächtnis und Lernen zuständig sind (Hippokampus), zur Automatisierung von Bewegung (Thalamus und Putamen), zur Verarbeitung von Motivation und Emotion (Amygdala) und zur Leistung von Sprachverarbeitung und Hören (linker oberer Schläfenlappen) dienen. Ihre Zentren für sensomotorische Kontrolle (Postzentralregion), für die Verarbeitung von Musik und Klängen (rechter oberer Schläfenlappen) und der Teil, der für das Notenlesen zuständig ist (supramarginaler Gyrus), sind hingegen kleiner. Zudem fanden die Forscher heraus, dass die Größe der Regionen, die zur Automatisierung von Bewegungsabläufen dienen (rechtes Putamen), abhängig sind vom Beginn des Klavierspielens. Je früher die Pianisten in ihrem Leben mit dem Klavierspiel begannen, desto kleiner war diese Hirnregion und desto präziser ihr Tonleiterspiel. Grundsätzlich war diese Region bei Pianisten jedoch immer noch größer als die von Nicht-Pianisten.

Was kann man daraus schließen? Grundsätzlich ist zu festzuhalten, dass Pianisten über andere Gehirne verfügen als Nicht-Musiker. Ihre Zentren zur Automatisierung von Bewegung und für Gedächtnis und Emotionen sind größer, die Regionen für das direkte Bewegen der Finger und das Hören sind hingegen kleiner. Und je jünger die Pianisten sind, wenn sie mit dem Üben beginnen desto kleiner sind die letztgenannten Regionen. Prof. Dr. Eckart Altenmüller ist Direktor des Instituts für Musikphysiologie und Musikermedizin und erklärt, dass sich unser Gehirn bereits bevor wir sieben Jahre alt sind optimiert und effiziente Steuerprogramme erstellt. Diese besonderen Programme laufen sehr stabil, brauchen nicht viel Platz und ermöglichen im späteren Leben ein schnelleres Lernen.

Untersuchung der Hirnnervenzellen

Der Ausgangspunkt dieser Studie zur Gehirnstruktur war eine Kernspin-Untersuchung von 36 besonders talentierten Musikstudenten der HMTMH sowie einer Vergleichsgruppe aus 17 gleichaltrigen Studenten, die kein Instrument spielten. Die verwendete Methode erlaubte es, die Größe und Dichte der Nervenzellen in verschiedenen Gehirnregionen zu messen. Diese Methode trägt den Namen „Voxel Based Morphology“ und wurde im International Neuroscience Institute Hannover in der dortigen neuroradiologischen Abteilung durchgeführt. In Barcelona wurden diese Daten dann schließlich ausgewertet. Um herauszufinden, in wie weit es für die Entwicklung des Gehirns ausschlaggebend ist, in welchem Alter Kinder mit einer Musikausbildung beginnen, untersuchten die Forscher 21 Klavierstudenten, die vor dem siebten Lebensjahr mit dem Klavierspielen begonnen hatten. Die Vergleichsgruppe bestand aus 15 Studenten, die erst später Musikunterricht bekommen hatten. Für diese Studie analysierten die Wissenschaftler nicht nur die Hirnbilder der Teilnehmer, sonder auch ihre Genauigkeit beim Tonleiterspiel, beziehungsweise die Schnelligkeit ihres Anschlags.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Ist Sympathie manipulierbar?

Gesichter können wir positiv oder negativ bewerten. Unsere Entscheidung hängt von einer einzelnen Hirnregion ab, die man leicht manipulieren kann. Daher stellt sich die Frage, in wie fern Sympathie über die gleiche Art und Weise manipuliert werden kann.

Bei unserer Bewertung können wir nun offenbar mit Hilfe von Kernspintomografie und Neurofeedback beeinflusst werden. Der eigentliche Teil, der dabei Manipuliert wird, ist unsere Hirnregion, die für unsere Bewertung verantwortlich ist. Dies fanden Forscher der Brown University heraus, als sie auf der Suche nach neuen Therapien waren.

Aufbau der Studie

Bei einem Versuch um die Wirksamkeit der Beeinflussung zu messen schauten sich 24 Probanden 400 Gesichter unter Beobachtung an und sollten diese auf einer Skala von eins bis zehn bewerten. Dabei wurden Gehirnaktivitäten bei den Probanden gemessen um zu erkennen, was passiert, wenn einem ein Gesicht gut gefällt und was passiert, wenn das Gegenteil eintrifft. Dabei wurde der cinguläre Kortex beobachtet. Bei der Beobachtung konnte man spezielle Aktivitätsmuster aufdecken, die mit negativen und positiven Gefühlen zusammenhängen.

In einem zweiten Versuch trainierte man die Probanden dann darauf, diese Aktivitäten im cingulären Kortex auch bei neutral bewerteten Gesichtern hervorzurufen. Dazu bat man die Teilnehmer beim Blick auf die Gesichter einen visuellen Stimulus gedanklich zu vergrößern. Die Gruppe, bei der man die neutralen Ergebnisse in positive umwandeln wollte, wurde mit einem größeren Stimulus belohnt, sobald man im cingulären Kortex ein positives Aktivierungsmuster erkennen konnte. Bei einer zweiten Gruppe machte man genau das Gegenteil.

Cingulärer Kortex beeinflusst Wahrnehmung

Die Ergebnisse waren verblüffend. Man konnte in den Ergebnissen klar erkennen, dass man die Bewertung der Probanden bei den zuvor noch neutral Bewerteten verändern konnte, indem man den cingulären Kortex beeinflusst. So kam es dazu, dass die erste Gruppe die Gesichter als etwas sympathischer empfanden als zuvor. Die zweite Gruppe ist den Gesichtern nach diesem Versuch etwas negativer entgegengetreten. Bei einer dritten Gruppe, bei der man den zweiten Versuch nicht durchführte, blieben die Ergebnisse weitestgehend unverändert. Die dritte Gruppe diente als Kontrollgruppe um die Ergebnisse klarer deuten zu können.

Damit konnte man erstmals beweisen, dass eine Aktivitätsmanipulation im cingulären Kortex die Bewertung von Probanden sowohl negativ als auch positiv beeinflussen kann. Zuvor ging man davon aus, dass sich die Bewertung eines Gesichts in verschiedenen Teilen des Gehirns abspielte.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Menschen, die unter Alzheimer oder anderen Gedächtnisstörungen leiden, vergessen sehr oft ihre gesamte Vergangenheit. Wie kann es dann allerdings sein, dass manche sich an Musikstücke erinnern können oder sogar noch in der Lage sind, ein Instrument zu spielen obwohl sie alles andere vergessen haben?

Clive Wearing war früher mal ein sehr bekannter Profitenor und Dirigent von renommierten Londoner Chören. 1985 sorgte eine Entzündung, die durch Herpes entstand, dafür, dass Teile seines Gehirns komplett zerstört wurden. Wearing verfügt nur noch über ein Sekundengedächtnis. An eines kann sich der frühere Tenor allerdings erinnern, an komplizierte Musikstücke. Das beschreibt ein Neurowissenschaftler namens Oliver Sacks in seinem Buch (2007). Des weiteren fügt Sacks hinzu, dass Wearing nach wie vor herausragend singen und Klavier spielen kann. Er könnte sogar noch einen Chor dirigieren.

Das Ganze ist sehr erstaunlich und zeigt sich erst wenn man genauer hinsieht. Für den Neurowissenschaftler Jörn-Henrik Jacobsen ist das Gehirn ein komplexes System, das viele Gehirnareale nutzt. Die Temporallapen im Gehirn sind sehr wichtig. Am wichtigsten ist der Hippocampus, die Schaltzentrale. Über den Hippocampus werden Inhalte abgerufen und gespeichert.

Sacks probierte das Phänomen zu erklären indem er annahm, dass Menschen sich Musik mit einer anderen Art von Gedächtnis merken. Dieses Gedächtnis nennt man prozedural und es ist ein Gedächtnis der Handlung und Bewegung. Es nutzt tiefer gelegene und primitive Teile des Gehirns. Das prozedurale Gedächtnis ist Teil des unbewussten Gedächtnis und somit nicht direkt abrufbar. Für Sacks war das der Beweis und die Erklärung dafür, dass Wearing sich beispielsweise nicht an Titel erinnern konnte, Noten und Aufnahmen allerdings noch auswendig konnte.

Kein seltenes Phänomen

Für den Neurologen Carsten Finke ist Wearing keine Seltenheit. Seiner Meinung nach kommt es häufig vor, dass Menschen zwar so gut wie alles vergessen, ihre musikalischen Erinnerungen allerdings immer beibehalten. Es gibt zahlreiche Fälle und Studien, die die Theorie eines musikalischen Gedächtnis verstärken. Kanadische Wissenschaftler haben beispielsweise bei einer 84 jährigen Frau festgestellt, dass sie trotz ihrer Alzheimer Erkrankung und ihrer enormen Gedächtnislücken immer noch musikalische Erinnerungen hat, sie konnte immer noch Lieder mitsingen und voneinander unterscheiden. Carsten Finke stellt sogar die Vermutung auf, dass es vielleicht möglich sei, über ein intaktes musikalisches Gedächtnis verlorene Informationen wieder aufrufen zu können. Die Ergebnisse, die bei Studien festgestellt wurden, bringen die Forscher dazu zu denken, dass das Musikgedächtnis zumindest ein bisschen Abseits des Hippocampus organisiert wird.

Forschern des Max-Planck-Instituts in Leipzig, des Nationalen Gesundheitsinstituts in Caen und der Universität Amsterdam ist es 2015 erstmals gelungen den Speicherort für das Musikgedächtnis zu lokalisieren. Das ist ihnen dank einer Studie mit Alzheimerpatienten gelungen, die starke Demenzerscheinungen hatten. Die Forscher fanden heraus, dass das Musikgedächtnis Teil des vorderen zingulären Kortex und des supplementär-motorischen Areals ist. Dieser Bereich gehört zum Bereich des Neokortex. Er spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Bewertung von Erwartungen aber auch bei komplexen Bewegungen.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Es gibt wohl niemanden, der nicht schon einmal das Gefühl hatte, eine Situation schon einmal erlebt zu haben. Oft sind es ganz banale Dinge wie die Fahrt in der Bahn oder die Begegnung mit einem scheinbar fremden Menschen.

Obwohl man genau weiß, dass dies alle neu ist, hat man gleichzeitig das deutliche Gefühl, genau diese Situation schon einmal erlebt zu haben. Die Wissenschaft kennt das Phänomen und bezeichnet dies als Déja-vu. Untersuchungen nach, glaubt etwa ein Drittel aller Menschen, dass sie mindestens einmal ein solches Déja-vu Erlebnis hatten.

Ein scheinbar unlösbares Rätsel

Es gibt Untersuchungen, wonach ein Déja-vu offenbar bei jungen Menschen öfter vorkommt als bei älteren. Offenbar nimmt die Häufigkeit des Phänomens im Laufe des Lebens ab. Fachleute haben auch einen Zusammenhang zwischen der Bildung und den Déja-vu Erlebnissen festgestellt: Menschen, die gern und viel reisen, sind offenbar vermehrt davon betroffen, aber auch Stress und Müdigkeit sind wohl Auslöser ein Déja-vu Erlebnis.

Seit mehr als 100 Jahren untersuchen Neurologen und Psychologen dieses Phänomen. Leider konnten sie bis heute keine stichhaltige Erklärung für diese besonderen Erlebnisse liefern. In letzter Zeit jedoch scheinen sie einer Lösung näher zu kommen.

Fehlfunktionen im Gehirn als Auslöser

Laut der Meinung von führenden Neurologen sind Fehlfunktionen für das Déja-vu verantwortlich. Offenbar kommen Bilder nicht gleichzeitig über die Augen im Gehirn an. Durch diese minimale Zeitversetzung kann dort der Eindruck entstehen, dass der Sinneseindruck bereits vorhanden ist. Allerdings zeigten Tests mit blinden Versuchspersonen, dass es dieses Phänomen auch bei Gerüchen, Geräuschen und Tasteindrücken gibt.

Für die These von den asynchronen Prozessen im Gehirn spricht auch, dass erstaunlich viele Epileptiker über Déja-vu Erlebnisse berichten. Offenbar senden ihre Gehirne wärend eines Anfalls gleichzeitig ihre Signale ab, was dazu führt, dass scheinbare Déja-vus erlebt werden. Andere Forscher machen die Morphologie des Gehirns für das Phänomen Déja-vu verantwortlich. Ihren Untersuchungen nach weisen Menschen mit Déja-vu Erlebnissen deutlich weniger graue Hirnsubstanz auf als solche, die nicht darunter leiden.

Assoziationen von bekannten Situationen als Auslöser

Möglich ist aber auch, das ein Déja-vu tatsächlich schon erlebte Situationen wieder aufleben lässt. Offenbar schaltet das Gehirn zwischen zwei Erinnerungen hin und her. Diese beiden Erinnerungstypen werden auch als „Recognition Memory“ also Wiedererkennungsgedächtnis und als „Familiarity Memory“ also Vertrautheitsgedächtnis bezeichnet. So erkennt das Recognition Memory zum Beispiel einen erst kürzlich gesehen Menschen wieder. Trifft man diesen dann wieder, sorgt das Familiarity Memory dafür, dass sich diese Situation vertraut und bekannt anfühlt. In der Regel arbeiten beide Systeme synchron. Bei einem Déja-vu könnte dann nur das neuronale System aktiv werden und schon glauben wir, dass wir eine Situation ein zweites Mal erleben.

Erinnerung an ein früheres Leben

Für viele stellt ein Déja-vu die Erinnerung an ein frührers Leben dar. Natürlich lässt sich das wissenschaftlich nicht beweisen. Dennoch empfindet man gelegentlich so und schließt aus dieser Erinnerung auf vermeintlich frühere Leben. Was genau in unserem Gehirn während eines Déja-vu Erlebnisses vorgeht, konnte bis heute nicht abschließend geklärt werden. Könnte das gelingen, würde uns dies interessante Einsichten in die Funktionen und Arbeitsweisen des menschlichen Gehirns liefern.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Das Gehirn wird durch den Darm beeinflusst, dieser These gehen Forscher nach. Rebecca Kickmeyer ist Neurowissenschaftlerin und arbeitet für die University of North Carolina School of Medicine in Chapel Hill. Sie untersucht das Temperament und Verhalten von Neugeborenen. Für die Studie mit 30 Kindern verlassen Eltern einen Raum und lassen ihre Kinder kurz alleine. Sie kommen dann mit einer fremden Person zurück. Des weiteren werden den Kindern furchterregende Halloween Masken gezeigt und sie werden danach im Schlaf mit einem Kernspintomograf durchgescannt. Kickmeyer interessiert sich für das Verhalten der Kinder, vor allem aber für die gesamte Darmflora. Sie untersucht ob die Zusammensetzung der Darmflora sich auf die Entwicklung des Gehirns auswirkt.

Bisher nur Spekulationen

Aktuell gibt es in der Medizin nur Vermutungen ob körperliche Erkrankungen mit neurologischen oder psychischen Störungen zusammen hängen. Es fehlen Beweise. Rob Knight ist Mikrobiologe an der University of California (San Diego). Er sieht das Problem darin, dass nicht bewiesen werden kann, ob die Unterschiede im Mikrobiom eine Folge oder die Ursache einer Erkrankung sind. Es gibt zwar erste Hinweise und Anhaltspunkte aber keine Beweise.

Die Darm-Hirn-Achse soll genauer untersucht werden. In den USA wird dafür sehr viel Geld investiert. Das National Insitute of Mental Health (NIMH) in Bethesda (Maryland) hat in den letzten zwei Jahren sieben Pilotstudien finanziert mit jeweils bis zu 1.000.000 US Dollar. Kickmeyers Studie war eine davon.

In den nächsten Jahren steckt das US Office Naval Research in Arlington in Virginia 52.000.000 US Dollar in weitere Projekte die der Untersuchung der Funktion des Darms dienen. Die EU investiert 9.000.000 Euro in die Forschung der Erkrankung und Entwicklung des Gehirns. Die Ergebnisse sind vielversprechend, aber es ist noch sehr unklar ob sie wirklich als Beweis anzusehen sind.

Wie reagiert der Darm?

Ob das Gehirn und Mikroorganismen überhaupt miteinander interagieren können ist bislang noch ungeklärt. Im Jahr 2000 wurde in Walkerton (Kanada) das Trinkwasser mit den Erregern Campylobacter jejuni und Escherichia verseucht. Über 2300 Bewohner waren anschließend an einem chronischen Reizdarmsyndrom erkrankt. Die Gastroenterologen Collins und Bercik untersuchten die Einwohner der Stadt und es stellte sich heraus, dass psychische Erkrankungen ein Risikofaktor für den Reizdarm sein kann. Bercik probierte ein Experiment an Mäusen aus und kann zu überraschenden Ergebnissen. Den Mäusen konnte ein Angst ähnliches Verhalten induziert werden.

Chemische Analyse

Immer mehr Wissenschaftler untersuchen mittlerweile, ob und wie Signale vom Darm zum Gehirn gelangen. Kohlenhydrate werden durch die Darmbakterien in kurzkettige Fettsäuren umgebaut. Eine der Folgen ist die Entwicklung von Buttersäure. Diese Säure festigt die Verbindungen zwischen den Zellen und verstärkt dadurch die Blut-Hirn-Schranke.

Keimfrei ist völlig unnatürlich

Cryan und sein Forscherteam untersuchen Daten zur Myelinisierung. Dabei haben sie herausgefunden, dass Mäuse, die keimfrei gehalten wurden vor multipler Sklerose geschützt sind. Ein Unternehmen aus den USA interessiert sich sehr für diese bestimmte Art von Darmbakterien und es ist denkbar, dass diese eines Tages bei Therapien angewendet werden.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Ob Mann oder Frau, es gibt keine Unterschiede im Gehirn. Solche Kategorisierungen scheinen zumindest auf der Ebene des Gehirns wenig Sinn zu ergeben, ergab eine Studie. Die einzigen Unterschiede, die man findet, sind minimal.

Die Verlockung ist groß, zu glauben, dass es sowohl ein männliches und ein weibliches Gehirn gibt. Forscher warnen allerdings vor dieser Annahme. Die Ergebnisse der Studien sind zu minimal, um einen wirklichen Unterschied auszumachen. Man sollte also das Gehirn nicht geschlechterspezifisch betrachten. Daphna Joel ist Forscher an der Universität in Tel Aviv und für sie besteht das Gehirn sowohl aus männlichen als auch aus weiblichen Kennzeichen und diese bilden zusammen ein Mosaik.

Erst kürzlich untersuchte Joel die Kernspintomografie-Aufnahmen von 1400 Testpersonen. Untersucht wurden die Unterschiede in der weißen und grauen Substanz im Gehirn oder die Stärke der Verknüpfungen in den verschiedenen Hirnbereichen. Das Ergebnis der Studie ist folgendes: Es gibt Merkmale, die eher bei Frauen zu finden sind, andere eher bei Männern. Einige dieser Merkmale kommen allerdings auch bei beiden Geschlechtern vor.

Es gibt eine Minderheit an Gehirnen, die rein weibliche oder männlich Merkmale aufweisen. Die meisten besitzen Merkmale aus allen Kategorien. Nur 6% der Probanden besaßen ausschließlich männliche oder weibliche Merkmale.

Die Ergebnisse sind gut mit den Ergebnissen einer Studie bezüglich des Verhaltens von Männern und Frauen zu vergleichen. Beide zeigen kaum oder wenig signifikante Unterschiede. Die Mehrheit der Probanden lässt sich durch diese Studien und die Ergebnisse nicht einem Geschlecht zuordnen.

Funktionieren weibliche und männliche Gehirne anders?

Die Rosalind Franklin University of Medicine and Science in Chicago hat das Gedächtniszentrum im Gehirn untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass der Hippocampus von Frauen nicht größer ist als der von Männern. Das wurde zuvor nämlich vermutet.

Deutliche Unterschiede stellten sich bei einer Studie um Forscher Madhura Ingalhalikar von der University of Pennsylvania in Philadelphia heraus. Die Forschung ergab, dass die Unterschiede zwischen den Geschlechtern bezüglich der Verdrahtung des Gehirns deutliche Merkmale aufweist. Während Männer innerhalb der Gehirnhälften mehr Verknüpfungen haben, besitzen Frauen zwischen den beiden Hirnhälften viele Kontakte.

Wissenschaftler schließen daraus, dass dies die Erklärung sein könnte für die unterschiedlichen Eigenschaften von Frauen und Männern. Männer können demnach dank der Zusammensetzung ihres Gehirns Sachen besser wahrnehmen und in koordinierte Handlungen umsetzen. Im Unterschied dazu, können Frauen intuitive und analytische Informationen besser miteinander verbinden.

Denker beschäftigt die Frage, ob Männer und Frauen abgesehen von den visuellen Merkmalen auch noch andere Unterschiede vorweisen natürlich sehr. Das berichtet das Team um Forscher Daphna Joel. Die festgestellten Unterschiede bei Studien wurden oft als Anhaltspunkte gesehen um einen Unterschied zwischen dem weiblichen und dem männlichen Gehirn auszumachen. Bisher ist dieses Thematik aber bei weitem noch nicht gut genug untersucht worden und den Forschern bleibt nichts übrig, als weiter zu forschen und Vermutungen aufzustellen.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Immer öfter lassen uns bestimmte Erlebnisse nicht los und wir können sie einfach nicht aus unserem Gedächtnis löschen. Doch was wir so im umgangssprachlichen Sinne sagen entspricht meist aber nicht der Realität. Das Gedächtnis selektiert Erlebnisse und damit auch Informationen automatisch, weil irgendwann der Speicher im wahrsten Sinne des Wortes überlastet ist. Bei manchen Menschen ist es allerdings Alltag, dass sie sich zu jeder Zeit haargenau an jeden Tag ihres Lebens erinnern können. Sie empfinden jede Emotionen als wäre sie allgegenwärtig und leiden und erfreuen sich stetig wieder an bereits Erlebtem.

Betroffene beschreiben ihr Gedächtnis wie eine nicht enden wollende Datenbank, die sämtliche Informationen speichert und sehr selten filtert. Sie erleben jeden vergangenen Tag als präsent. Dabei laufe wie auf einem second screen stetig das bisherige Leben an einem vorbei. Bislang ist Neurologen und Psychologen nicht klar, wie derartige Gehirnstrukturen zustande kommen können. Zumal die Betroffenen ihr Gedächtnisvermögen respektive ihre Erinnerungen nicht steuern können.

Forschungen zu diesem Phänomen

In der Zukunft sollen zahlreiche Forschungen zu diesem Phänomen auf den Weg gebracht werden. Wodurch die Gehirnstrukturen sich derart verändern konnten, liegt im Interesse der Forschung dies zu eruieren.

Dabei sollte nicht vergessen werden, dass Vergessen nicht umsonst oftmals als heilsam bezeichnet wird, denn dadurch kann das Gedächtnis sich erholen, es reinigt sich selbst und das entspannt auch den Menschen. Zudem kann bislang Erlebtes eben auch negativ prägen und daher das Leben entscheidend verändern. Das Sich ständig an Alles erinnern und nachempfinden können, ist belastend und besonders wenn es um negative Erlebnisse geht, kann dies nicht selten zu psychischen Erkrankungen führen. Betroffene dieses Phänomens erleiden nicht selten Depressionen oder Angststörungen.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Das menschliche Nervensystem nutzt vergangene Seherfahrungen, um uns vorzugaukeln, dass wir Bereiche und Objekte scharf sehen, obwohl unser Auge diese nur unscharf wahrnehmen kann. Zu diesem Ergebnis kam eine Gruppe von Psychologen von der Universität in Bielefeld.

Obwohl wir Menschen immer das Gefühl haben, den größten Teil unserer Umwelt wirklich scharf und präzise wahrzunehmen, ist das Auge dazu gar nicht in der Lage. Denn nur im Zentrum der Netzhaut, in der Fovea centralis, kann das Auge Dinge, die wir sehen, scharf abbilden. Das führt dazu, dass wir in der Realität nur einen sehr kleinen Ausschnitt unserer Umwelt – etwa in der Größe eines Daumennagels, wenn wir den Arm ausstrecken – tatsächlich detailliert sehen können. Die Forschungsgruppe Neurokognitive Psychologie von der Universität Bielefeld untersuchte in ihrer aktuellen Studie, welche Mechanismen das Gehirn nutzt, um uns den Eindruck des scharfen Sehens zu vermitteln.

Verknüpfung unpräziser Eindrücke mit abgespeicherten Bildern

Die Untersuchungen führten die Psychologen anhand von zahlreichen Lernexperimenten durch. Die zugrundeliegende Hypothese besagt, dass Menschen einen Lernprozess durchlaufen, der dabei hilft, Objekte als scharf wahrzunehmen. Hierbei werden Seheindrücke von Objekten, die wir außerhalb der Forvea centralis sehen, mit scharfen Bildern verknüpft – diese scharfen Bilder entstehen im Anschluss an eine Blickbewegung. Am Beispiel eines fliegenden Vogels bedeutet dies, dass wir dieses verschwommene Bild mit dem scharfen Seheindruck nach der Blickbewegung hin zum Vogel kombinieren. Wenn Menschen dann anschließend nur im Augenwinkel ein unscharfes Bild des Vogels sehen können, nutzt das Gehirn das aktuelle Sehbild, um es mit passenden gespeicherten Objekten zu vergleichen. Durch dieses Prozess wird die unscharfe Wahrnehmung durch ein im Gedächtnis vorliegendes scharfes Objekt ersetzt – und das bevor sich die Augen überhaupt bewegen. Das Gehirn gaukelt uns also vor, dass wir den Vogel schon präzise sehen, bevor dies rein physisch überhaupt möglich ist.

Verbindungen von Seheindrücken im Experiment herstellen

Um diese Annahmen zu überprüfen, verwendeten die Psychologen Eyetrackings – also spezielle Kameras, die die Blickbewegungen der Versuchspersonen genau erfassen können. Im Anschluss an die Aufzeichnungen wurden die schnellen und sprunghaften Augenbewegungen, auch Sakkaden genannt, genau ausgewertet. Im Laufe des Versuchs veränderten die Forscher einige Objekte während der Blickbewegung – ohne dass es die teilnehmenden Personen bemerkten. Dadurch wollten die Psychologen erforschen, wie die Personen die unscharfen (außerfovealen) und scharfen (fovealen) Seheindrücke miteinander verknüpfen, obwohl diese Verbindung im Vorfeld noch nicht bekannt war – der Fokus lag also auf dem Lernprozess.

Seheindruck abhängig von Erfahrung

Das Experiment konnte zeigen, dass die Versuchspersonen schon nach wenigen Minuten lernen, einen unscharfen mit einem scharfen Seheindruck zu verbinden. Die Probanden sollten im Anschluss die Eigenschaften der außerfovealen Objekte beschreiben – und beschrieben sie wie die neu erlernten scharfen Seheindrücke. Die Forscher kamen so zu dem Schluss, dass ihre aufgestellten Hypothesen richtig sind: Unser Seheindruck hängt in großem Maße von den gespeicherten Bildern in unserem Gehirn ab. Die reale Welt sehen wir also nicht tatsächlich, da sie stark von unseren Vorhersagen bestimmt wird.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Aus den Hörsälen sind Laptops, Smartphones und Tablets nicht mehr wegzudenken, wenn es darum geht, sich Notizen zu machen. Dennoch sollten Stift und Papier in ihrer Effizienz nicht unterschätzt werden. Das konnten jetzt die Psychologen Pam Mueller und Daniel Oppenheimer zeigen: In einer Studie wurden 65 Teilnehmern Videos von Vorträgen gezeigt. Die Hälfte sollte sich handschriftliche Notizen machen, die andere Hälfte am Laptop. Im Anschluss an eine kurze Pause, wurde von den Psychologen getestet, welches Wissen bei den Studierenden hängengeblieben war.

Bei der Erinnerung an reines Faktenwissen gab es keine Unterschiede zwischen den Gruppen. Wenn es sich aber um um komplizierte Zusammenhänge und Verständnisfragen handelte, waren diejenigen besser, die sich per Block und Stift Notizen gemacht haben. Die Gründe fanden sich, als ein Blick in die Notizen geworfen wurde: Am Laptop schrieben die Teilnehmer oft ganze Abschnitte Wort für Wort mit – per Hand nutzten die Probanden eigene Formulierungen, die die Notizen stark verkürzten. Es wurde festgestellt, dass je originalgetreuer mitgeschrieben wurde, desto schlechter konnten sich die Studierenden anschließend an das Gesagte erinnern, besonders wenn es sich um komplexe Sachverhalte handelte. Die Ergebnisse bestätigten sich in einer zweiten Untersuchung, in der die Probanden am Laptop extra darauf hingewiesen wurden, den Vortrag nicht wortwörtlich niederzuschreiben.

Per Hand schreiben fordert das Gehirn

Als Erklärung ihres Ergebnisses formulierten Mueller und Oppenheimer die Tatsache, dass wir per Hand langsamer schreiben und nicht alles Gesagte notieren können – deshalb müssen wir uns beim Schreiben bereits überlegen, wie die Inhalte zusammengefasst und verbunden werden können. Dieser Prozess regt also bereits das Nachdenken an, wodurch die Vortragsinhalte tiefer verarbeitet und später besser erinnert werden können. Insgesamt ist es aber schon hilfreich, sich Notizen zu machen wie die Enkodierhypothese besagt. Sobald wir etwas aufschreiben, machen wir uns Gedanken zu dem Thema sowie zu seinen wichtigsten Aussagen und Botschaften. Es gibt aber auch andere Ansichten: So besagt beispielsweise die externe Speicherhypothese, dass es gar nicht so sehr um den eigentlichen Prozess des Aufschreibens geht. Viel entscheidender sei, dass wir uns die Unterlagen später noch einmal ansehen und uns dann mit den Notizen beschäftigen. Daraus folgt, dass es auch egal ist, ob wir die eigenen oder die Notizen eines Kommilitonen zum Lernen nutzen. Die Hauptsache ist, dass man sich mit den Inhalten in irgendeiner Weise beschäftigt.

Leichter lernen mit Notizen

Die endgültige Antwort, ob Personen besser lernen, wenn sie ihre eigenen Notizen haben oder welche von Fremden, kann noch nicht gegeben werden. Eine Studie aus dem Jahr 1992 zeigte, dass es keinen Unterschied zwischen Teilnehmern gab, die vor einem Test noch einmal den Originaltext bekamen oder die ihre eigenen Notizen zum Lernen nutzten. Dagegen ist aber die externe Speicherhypothese und ihre Annahme, dass es sinnvoll ist, beim Lernen auf Notizen zurückzugreifen, belegt. Darüber hinaus scheint den Studierenden das Lernen erheblich leichter zu fallen, wenn sie die Aufzeichnungen aus eigener Motivation heraus anfertigen. Aus dieser Beobachtung darf jedoch nicht abgeleitet werden, dass Mitschreiben auf jeden Fall eine erfolgreiche Lernstrategie ist. Trotzdem scheint es ratsam, sich bei Vorlesungen oder Vorträgen Notizen zu machen, da es nie schaden kann.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Gut gemeinte Ratschläge wie “Mehr Bewegung tut dir gut!” oder “Du solltest nicht so viel Alkohol trinken!” sind ja wirklich nett gemeint, aber möchten wir sie wirklich hören? Oder gibt es Möglichkeiten, dass sie bei uns besser ankommen?

Durch ständiges Sitzen und wenig Bewegung fühlen wir uns matt und werden krank. Daher ist es wichtig, dass wir mindestens einmal in der Stunde etwas herumlaufen oder hin und wieder einfach nur herumstehen. Statt des Aufzugs sollten wir die Treppen nutzen. Zudem sollten wir mehr Gemüse essen und beim Zähneputzen auch Zahnseide verwenden. Wir wissen zwar, dass diese Gesundheitsbotschaften von Ärzten und anderen Experten stimmen, aber laut Psychologen fühlen wir uns unwohl oder sogar bedroht, wenn uns andere Menschen sagen, dass wir unser Verhalten ändern sollten. Außerdem wird durch diese Botschaften unser Selbstwertgefühl angegriffen und daher widersetzen wir uns.

Kommunikationswissenschaftler der University of Pennsylvania haben in einem Experiment versucht, die Leute auszutricksen. Bevor die Forscher den Testpersonen zu mehr Bewegung rieten, mussten sie dafür sorgen, dass ihre Probanden mit sich selbst recht zufrieden waren.

Das Gehirn als Ursprung

Mindestens die Hälfte ihrer wachen Zeit saßen die 45 Testpersonen zuvor einfach herum. Viele der Probanden waren übergewichtig. Mit Fitness-Armbändern sollten ihre Schritte gemessen werden. Zudem bekamen sie jeden Tag ein paar Botschaften auf ihr Handy geschickt.

Für die Forscher war es auch wichtig zu erkennen, an welcher Stelle im Gehirn es möglich ist, den Widerstand gegen die Gesundheitsbotschaften zu knacken. Das Ergebnis zeigte, dass der präfrontale Kortex aktiv wird, wenn wir uns selbst bestätigt fühlen. Dort liegt bereits der Trick. Die Botschaften beinhalteten bei einigen Probanden, dass sie über ihre Werte im Leben nachdenken sollten. Sie sollten sich beispielsweise eine Situation vorstellen, in der sie einem Freund behilflich sein können. Am Anfang der Studie wurden auch die Hirnströme der Teilnehmer gemessen. Durch das Gefühl der Selbstbestätigung wurde der präfrontale Kortex eingeschaltet. Andere Probanden sollten nur über das Wetter nachdenken, was zur Folge hatte, dass es im präfrontalen Kortex ruhig blieb. Im Anschluss folgte für alle Testpersonen eine Nachricht, die sie über die Gefahren des langen Sitzens informierte.

Positive Ratschläge wirken eher

Die Probanden, die über ihre Werte nachdachten und sich selbst bestätigt fühlten, bewegten sich den ganzen Testmonat über mehr. Ist es nicht möglich, dass sich Menschen, bevor sie eine Gesundheitsbotschaft bekommen, gut mit sich selbst fühlen, sollte diesen Menschen eine positive Begründung des Ratschlags gegeben werden. Forscher vom Food Lab der Cornell University beschäftigten sich mit 63 Studien, in denen es darum ging, wie man Menschen begreiflich machen kann, dass sie sich gesünder ernähren sollen. Die Auswertung ergab, dass es wichtig ist, Menschen zu sagen, was gut für sie ist. Bei Leuten, die gut mit einem Thema vertraut sind, funktioniert Abschreckung sehr gut. Viele Menschen wollen keine schlechten Nachrichten hören. Auch Details interessieren sie nicht sonderlich. Häufig werden die Ernährungsratschläge von Experten für Experten verfasst.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Eine internationale Untersuchung, die gemeinsam von britischen und japanischen Forschern durchgeführt wurde, kommt nun zu der Erkenntnis, dass Menschen eine biologische Prädisposition haben, um Formen und Klänge miteinander zu verbinden.

Experiment mit Bild und Klang

Bereits viele Wissenschaftler haben sich mit dieser grundlegenden Frage beschäftigt, die eine große Rolle bei der Sprachentwicklung spielt: Auf welche Art und Weise sind Säuglinge und Kleinkinder in der Lage, Wörter einer bestimmten Bedeutung zuzuordnen? Zu diesem Thema führten jetzt britische und japanische Wissenschaftler eine neurowissenschaftliche Studie durch – und kamen tatsächlich zu einer Antwort.

Als Probanden dienten Babys im Alter von etwa elf Monaten. Mit Hilfe der Elektroenzephalografie (EEG) erfassten die Forscher die Gehirnaktivität der Kleinen, während sie verschiedene Bilder in eckiger oder runder Form ansahen. Wenn die Präsentation eines der Bilder vorbei war, hörten die Babys im Anschluss eines der zwei Fantasiewörter “Kipi” oder “Moma”. In einigen Fällen kam es dazu, dass Form und Wort klangsymbolisch zueinander passen. Beispielsweise eckig und “Kipi” oder rund und “Moma”. Zum Teil passten sie aber nicht zusammen.

Unterschiedliche Gehirnaktivitäten

In den Fällen, wo Bild und Wort zusammen passten, konnten die Forscher eine frühere und generell höhere Gehirnaktivität bei den Kindern beobachten, im Gegensatz zu den Fällen, in denen dies nicht so war. Daraus schließen die Wissenschaftler, dass in den Köpfen der Babys der visuelle sofort mit dem auditiven Input verbunden wird. Darüber hinaus kamen die Wissenschaftler zu einem weiteren interessanten Ergebnis: Sie analysierten nämlich auch die aktiven Gehirnbereiche und ihre Verbindungen untereinander noch einmal genau. Sie erkannten, dass es nur einen vergleichsweise geringen Informationsfluss zwischen den verschiedenen Gehirnarealen gab, wenn die Babys eine klangsymbolische Passung vorgelegt bekamen. Wenn dem nicht so war, war diese besonders in der linken Hemisphäre sehr viel höher. Das heißt, wenn Wort und Bild nicht zusammen passen, haben die Kinder mehr Arbeit damit, die beiden Aspekte miteinander zu verbinden.

Angeborene Sensibilität für Klangsymbolik

Die Wissenschaftler ziehen aus ihrer Studie den Schluss, dass Säuglinge in der Anfangsphase des Spracherwerbs über eine gewisse biologische Sensibilität gegenüber klangsymbolischer Passung verfügen. Dadurch fällt es ihnen leichter, gewissen Dingen in ihrer Umgebung auch ein Wort zuzuordnen.

So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Ausgestreckte Arme, weit aufgerissene Augen, steifes Herumstaksen und dann – nach einiger Zeit – kehrt er unversehrt wieder ins Bett zurück um weiterzuschlafen dann am nächsten Tag nichts mehr von seinem nächtlichen Ausflug zu wissen. Etwa fünf Prozent der Erwachsenen sind somnambul. Sie sind Schlafwandler. Oft wird der Somnambulismus  gleich gesetzt mit der Mondsucht, dem Lunatismus, da sich Schlafwandler an der hellsten Lichtquelle orientieren.

Früher war das der Mond, heute sind es Lampen. Viele Schlafwandler tun Dinge, die im Alltag völlig routiniert ablaufen: Sie schrecken hoch, verlassen mit meist aufgerissenen Augen das Bett, laufen herum oder waschen, putzen, kochen. Es sind Tätigkeiten für die kein bewusstes Denken notwendig ist. Sie gehen ins Bad, in den Garten oder eben in die Küche. Im schlimmsten Fall kann das sogar Autofahren sein – ohne dass der Betroffene wach wird. Damit bringen sie natürlich nicht nur sich selbst in Gefahr. Die sprichwörtliche schlafwandlerische Sicherheit gibt es nicht. Stolperunfälle, Prellungen und Verstauchungen sind nicht selten.

Woher kommen solche Anfälle?

Die Ursachen des Schlafwandelns werden kontrovers diskutiert. Klassischer Auslöser für das Schlafwandeln ist Schlafentzug. Schichtarbeit und zu hohe Arbeitsbelastung kann dazu führen, dass es dazu kommt. Allerdings tritt das erste Schlafwandeln häufig zum ersten Mal zwischen dem sechsten und zwölften Lebensjahr auf. Schlafwandeln gehört zu den Parasomnien, zu denen auch nächtliches Sprechen und Albträume gehören. „Viele Schlafwandlerkarrieren sind vermutlich vererbt“, sagt Prof. Dr. Jürgen Zulley vom Schlafmedizinischen Zentrum an der Universität Regensburg. „In Familien, in denen es bereits Schlafwandler gibt, ist die Wahrscheinlichkeit für Somnambulismus zehnmal höher.“ Die Betroffenen können Hilfe in Schlafkliniken oder Schlaflaboren finden. Dort werden sie untersucht und mehrere Nächte im Schlaf beobachtet. Schlafwandelphasen lassen sich durch HirnstromMessungen (EEG) und Aufzeichnungen körperlicher Abläufe relativ sicher nachweisen.

Was passiert beim Schlafwandeln?

„Die Muskulatur erwacht, aber das Gehirn schläft weiter. Es ist eine Art Aufwachstörung“ erklärt Zully. Während des Schlafs ist der größte Teil des Gehirns also im Ruhezustand. Nur Klein- und Stammhirn sind aktiv und steuern die lebenswichtigen Funktionen wie Atmung und Herzschlag. Dabei sind die Schlafwandler trotzdem im Tiefschlaf. Interessanterweise entwickeln viele Schlafwandler während ihres Wandelns ein großes Hungergefühl. Dabei ist es irrelevant, ob der Apfel beispielsweise in ein Papier eingeschlagen oder der Salat gewaschen und angemacht ist.

Kann ein Schlafwandler zum Beispiel zum Mörder werden?

Ja, angeblich schon. Hier ein wahres Beispiel: Der Kanadier Ken Parks setzte sich nachts in sein Auto, fuhr kilometerweit zum Haus seiner Schwiegereltern und tötete seine Schwiegermutter. Eine Erklärung für die Tat gab es nicht – außer der, dass Parks Schlafwandler war. Gutachter und Richter kamen zu dem Schluss, dass er ohne Bewusstsein und damit ohne Schuld zum Täter wurde. Hier ein weiterer Fall: Im Sommer 2009 erwacht Brian Thomas in seinem Wohnmobil in Wales und findet neben sich im Bett seine Ehefrau Christine erwürgt vor. Wie die Ermittlungen der Polizei ergeben, hat er selbst die Tat im Schlaf begangen. Thomas leidet seit seiner Jugend an Schlafstörungen und kann sich an nichts erinnern. Nach ausführlichen Untersuchungen verzichtet die Staatsanwaltschaft auf Anklageerhebung mit der Begründung: „Nicht schuldig wegen Unzurechnungsfähigkeit“. Eine besondere Art der Schlafstörung ist die Sexomnia, bei der sich jemand nachts in eindeutiger Absicht seinem Partner zuwendet und sexuell aktiv wird, selbst aber nichts davon mitbekommt.

Was tun, wenn man auf einen Schlafwandler trifft?

Grundsätzlich ist Schlafwandeln kein Grund zur Panik. Jedenfalls dann, wenn alle Gefahrenquellen aus dem Weg geräumt sind. Sicherlich ist es nicht gut hektisch auf den Schlafwandelnden einzuschreien und ihn – wie man es oft in Filmen sieht – zu ohrfeigen und abrupt zu wecken. Sanftes Einwirken kann gut sein, ihn eventuell ins Bett zurückführen und ihn sanft dazu auffordern weiterzuschlafen. Es gibt eine Therapie, bei der der Betroffene lernt sein Verhalten zu steuern. Es muss ein bestimmter Satz verinnerlicht werden. Wenn der somnambule Mensch im Schlaf merkt, dass er sich aufrichtet, dann könnte der Satz lauten: „..lege ich mich wieder hin und schlafe weiter“. Nach einiger Zeit handelt der Patient tatsächlich so wie in diesem Satz. Natürlich gibt es auch Medikamente. Empfohlen wird häufig eine Kombination aus Psychotherapie und Diazepam empfohlen. Was auch sehr gut hilft ist die Stressquellen zu beseitigen, zu entspannen und rechtzeitig ins Bett zu gehen.