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Das Gehirn

Prof. Dr. Wolf Singer

HENN Akademie, 21. September 2010

Die Architektur unseres Gehirns ist eine funktionale Architektur. Alle Funktionen, die wir an uns beobachten können, einschließlich der höchsten mentalen Funktionen – das Haben von Gefühlen, das Planen von Zukunft, das Wissen um uns selbst – beruhen auf der Dynamik, die sich in den ungeheuer dichten Geflechten der neuronalen Netze entwickelt.

Zugleich beeinflussen die dynamischen Prozesse die Entwicklung der Architektur: Das Gehirn ist ein sich selbst organisierendes System. Grundsätzlich lassen sich hierbei zwei Prozesse unterscheiden. Der eine vollzieht sich in den langen Zeiträumen der Evolution, er betrifft die „Langstreckenverbindungen“, die genetisch vorgeprägt und bei allen Menschen im Wesentlichen gleich sind. Sie verbinden die 120 Areale der Großhirnrinde, die jeweils ganz bestimmte Aufgaben wahrnehmen, zu einem übergreifenden Netzwerk. Diese „Grob­architektur“ zeugt von einer grundlegenden Anpassung an die Umwelt, sie verkörpert das Wissen der Evolution über die Konfiguration der Welt. Auf Basis dieses Wissens, dessen Existenz uns nicht bewusst ist, interpretieren wir fortlaufend die Welt. Innerhalb der Areale, auf „lokaler“ Ebene, ist die Vernetzung dagegen in hohem Maße abhängig von der individuellen Erfahrung. Die Ausbildung dieser „Feinarchitektur“ findet vorwiegend in den ersten Lebensjahren statt.
Ein Cluster von Arealen befasst sich mit der Verarbeitung von visuellen Informationen, andere mit akustischen, andere sind für die Raumwahrnehmung, für die Motorik oder das Planen der Zukunft zuständig. Der Schlüssel zur Funktionalität des Gehirns liegt in der Frage, wie diese lokalen Verarbeitungsareale über „Fernverbindungen“ global vernetzt sind. Bei der optimierten Architektur des Gehirns handelt es sich um ein Small-World-Network, das auch soziale Netzwerke, Flugroutennetze oder das Internet aufweisen. Es optimiert die Möglichkeit, von einem Punkt zu einem beliebigen anderen auf kürzestem Wege zu gelangen und dabei möglichst selten „umzusteigen“.
Die Frage der Vernetzung ist deshalb entscheidend, weil es im Gehirn kein Zentrum gibt, in dem die Einheitlichkeit der Wahrnehmung hergestellt, Entscheidungen getroffen und Handlungen koordiniert werden. Auch unser Ich stützt sich keineswegs auf eine zentrale Instanz im Gehirn. Das Gehirn ist dennoch zielorientiert, es hat die Aufgabe, den Organismus am Leben zu erhalten und zu steuern. Unsere Intuition sagt uns zwar, dass für so etwas ein Zentrum nötig ist – dies ist aber in einem komplexen System wie dem Gehirn nicht der Fall.
Daraus resultiert das sog. Bindungsproblem; bei der visuellen Wahrnehmung besteht es darin, die eintreffenden visuellen Informationen nach bestimmten Merkmals-Kategorien zu ordnen und diejenigen zusammen zu binden, die zu einem Objekt gehören. Das einzelne Neuron reagiert nur mehr oder weniger stark auf einen bestimmten Reiz. Diese Merkmals-Information muss daher mit einer weiteren gekoppelt werden, aus der hervorgeht, mit welchen Neuronen gerade kooperiert wird. Diese Koordination erfolgt zeitlich, sie wird über synchrone rhythmische Entladungen hergestellt und mit dem Vorwissen der Evolution und der frühen Prägung in Verbindung gebracht. Die funktionale Architektur des Gehirns erzeugt auf diese Weise in Selbstorganisation raumzeitliche Muster mit bestimmten Bedeutungen.
Ein Analogieschluss kann uns herausfordern, auch die Architektur von Gebäuden als eine funktionale zu betrachten, sie also mit den raumzeitlichen Mustern der Kommunikation und der gemeinsamen Herstellung neuer Bedeutungen zusammen zu denken.

Prof. Dr. Wolf Singer ist Direktor am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt/Main und Gründungsdirektor des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) sowie des Ernst Strüngmann Instituts für Hirnforschung (ESI). Sein Forschungsschwerpunkt sind die neuronalen Grundlagen kognitiver Funktionen.

Wolf Singer
Prof. Dr.