Löst Einsteins Gehirn Rätsel ums Bewusstsein?

Wer hätte das gedacht, dass ein in Formaldehyd eingelegtes Gehirnpräparat des genialen Nobelpreisträgers Albert Einstein Jahre nach seinem Tod Rätsel lösen kann, nämlich das Rätsel der biologischen Ursachen von Genialität und menschlichem Bewusstsein?

Wenn es auch nicht mehr selbst aktiv ist, so hat es jetzt zumindest entscheidende Hinweise für eine neue Theorie zur Funktionsweise des lebenden Gehirns geliefert.

Als die Neuroanatomin Marian C. Diamond von der University of California Anfang der 80er Jahre ihren größten Wunsch erfüllt bekam und vier zuckerwürfelgroße Hirnschnitte unterm Mikroskop untersuchen durfte, war ihre Enttäuschung groß. Die Zahl und Größe der Neuronen, die nach herkömmlicher Theorie für das Denken zuständig sind, unterschieden sich nicht von denen eines Durchschnittsbürgers. Das einzige Ungewöhnliche war die Zahl der Gliazellen in der Gehirnregion, die für höhere Denkprozesse zuständig ist. Einsteins Gehirn besaß signifikant überdurchschnittlich viel davon.

‘Glia’ ist griechisch und bedeutet Leim. Mitte des 19. Jahrhunderts entdeckte der deutsche Mediziner Rudolf Virchow Zellen, welche die Neuronen ummantelten. Er vermutete, die Zellen hätten lediglich Stütz- und Haltefunktion. Sie seien praktisch ‘Nervenleim’. Deshalb prägte er den Begriff Neuroglia, um die simple Funktion des Zelltyps zu verdeutlichen.

Doch Gliazellen sind mehr als nur einfacher Nervenleim. Christian Steinhäuser, Leiter des Instituts für Zelluläre Neurowissenschaften an der Universität Bonn, ist zwischenzeitlich davon überzeugt, dass Gliazellen keine »Statisten im Gehirn« sind, wie er sagt, sondern »ganz zentrale Akteure«. Die alten Modellvorstellungen zur Hirnfunktion auf der Basis von Neuronen lassen sich nicht mehr aufrecht erhalten. Denn es sind die Gliazellen, die das Lernen und Erinnern steuern.

Ins gleiche Horn stößt Fritjof Helmchen, Neurophysiologe an der Universität Zürich. Moderne Methoden erlauben es, einem lebenden Gehirn beim Arbeiten zuzuschauen. Helmchens Team konnte so einen ganzen Zellverband von Astrozyten, die häufigste Gliazellklasse, beobachten. Astrozyten arbeiten mit den herkömmlichen Denkzellen, den Neuronen, zusammen. Untereinander kommunizieren Astrozyten quer über das ganze Gehirn, allerdings nicht mithilfe von elektrischen Signalen, sondern durch die wellenartig zu- und abnehmende Kalziumkonzentration innerhalb der Zellen. Diese biochemischen Signale sind laut Helmchen zwar schneckengleich gegenüber Nervenimpulsen, doch sie sorgen dafür, dass sich auch die Zellen weit entfernter Hirngebiete in einen bestimmten Denkprozess einschalten können. Als Antwort auf schwankende Kalziumkonzentrationen und um den Informationsaustausch der Neuronen zu beeinflussen, schütten Astrozysten Botenstoffe wie D-Serin und Glutamat aus. Neuronen besitzen Rezeptoren, um auf die Botenstoffe reagieren zu können. Dadurch sind die Astrozyten praktisch die Dirigenten des Denkprozesses.

Es gibt Hinweise dafür, dass das Zahlenverhältnis von Astrozyten zu Nervenzellen entscheidend für die Intelligenz oder sogar Genialität ist. Während beispielsweise bei Fröschen der Wert bei 0,5 liegt, ist er bei Katzen 1 bei Menschen 2 und bei Einsteins genialem Gehirn noch größer.

Aber bei der momentanen Kernfrage der Neurowissenschaft geht es nicht um Genialität, sondern um die Frage, wie Bewusstsein entsteht. Physiker und Mathematiker liefern zu dem Thema Beiträge, in denen sie auf das Quantenhafte des Bewusstseinsprozesses verweisen (vgl.: Klaus-Dieter Sedlacek, Unsterbliches Bewusstsein, S. 93 ff.). Neurowissenschaftler können sich allerdings noch nicht mit einer quantenphysikalischen Erklärung des Bewusstseins anfreunden. Liefern ihnen nun die Gliazellen eine zufriedenstellende Antwort?

Bekannt ist, dass im Zusammenhang mit Bewusstsein die Nervenzellverbände verschiedener Gehirnregionen synchronisiert arbeiten. Sinneseindrücke, Gefühle und Erinnerungen in unterschiedlichen Gehirnarealen müssen aktiviert und koordiniert werden. Beispielsweise kann der Bratenduft, der an einem Festtag mittags aus der Küche dringt, angenehme Erinnerungen bewusst werden lassen. Vor dem geistigen Auge taucht knusprig braun gegrilltes Geflügel auf. Im Mund läuft das Wasser zusammen und der Magen fängt an zu knurren. Mehrere weit auseinanderliegende Hirngebiete müssen für den bewussten Gesamteindruck zusammenarbeiten. Aber wie ist das möglich, wenn es keine direkten Neuronenverbindungen zwischen den verstreuten Arealen gibt? Der Neurowissenschaftler Douglas R. Fields vom National Institute of Health in Bethesda (Maryland) meint, das Gliazellnetz sei die Lösung. Glia an einer Stelle des Gehirns kommuniziert seiner Meinung nach (auf biochemischem Weg) mit der Glia von entfernteren Hirnteilen und koordiniert das für Denken und Bewusstsein notwendige Feuern des neuronalen Netzwerkes.

Das Bild der Koordination mittels biochemischer Vorgänge hat nur einen Haken. Thomas Görnitz, Professor für Didaktik der Physik an der Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt bringt es auf den Punkt, wenn er die Geschwindigkeit von Bewusstseinsprozessen anspricht und Bewusstsein eher als einen Prozess ansieht, der Quanteninformation verarbeitet: » …[es] wird deutlich, dass die Vorgänge in Bewusstsein und Gehirn erst zu verstehen sind, wenn sie als Quantenprozesse begriffen werden. Ein Aspekt des Quantenhaften der Bewusstseinsprozesse betrifft die [hohe] Geschwindigkeit, mit der die Informationsverarbeitung von Lebewesen durchgeführt werden kann.« Trotzdem glaubt Görnitz, dass die Gliazellen möglicherweise eine Rolle bei den Quantenprozessen des Bewusstseins spielen, nämlich um die Quanteninformation von ihrer Umwelt zu isolieren und dadurch zu stabilisieren. So mag Einsteins Gehirn mit seiner überdurchschnittlich hohe Zahl an Gliazellen kein weiterer Nobelpreis verliehen werden, aber es hat zumindest gute Ansätze geliefert, aus denen die Wissenschaftler verschiedener Fachrichtungen in gemeinsamer Arbeit eine vollständige neue Theorie des Bewusstseins formen können. - Klaus-Dieter Sedlacek, Foto: Gaetan Lee (Flickr)

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