Hirnforschung

  • Connectome

    Der Grund, weshalb ich mich überhaupt mit Hirnforschung beschäftigt habe, kommt natürlich vom Tanzen.

    Alastair Marriott hat für das Royal Ballet 2015 ein Stück kreiert, das von dem Konzept des Konektoms inspiriert ist.

    Die Tatsache, dass unsere Identität weniger über unsere relativ fixen Gene definiert ist, sondern vielmehr durch die Qualität der Verbindungen unserer Gehrinzellen, damit auch viel flexibler und durch die Umwelt – also andere Menschen – veränderbarer, hat ihn zu der Geschichte einer Frau inspriert, „whose emotional identity is shaped by her interactions with those around her – the connective tissue of love and society.“

    Ich habe mir daraufhin Sebastian Seungs Buch besorg, allerdings nur zur Hälfte gelesen.

    Ein Problem, das die Hirnforschung hat, ist die hohe Attraktiviät des Themas und die geringe Datenmenge.

    Moritz Helmstaedter erzählt hier, wie langwierig und schwierig der genaue Blick (mit Elektronenmikroskopen) ins Gehirn ist, um das Kommunkationsnetz überhaupt zu sehen.

    Ich finde dieses Thema überhaupt nicht speziell, sondern im Gegenteil zutiefst menschlich, weil die Frage, auch im Hinblick auf KI, was wir eigentlich sind oder ausmacht, auch darüber beantwortet werden kann.

  • „Was ihrem Nervensystem guttut, ist ein anderer Mensch.“

    Das Gehirn verbraucht 20 % des Stoffwechselbudgets. Es ist das kostenintensivste Organ des Körpers. Neuronen verbinden sich über Ausläufer miteinander, verstärken ihre Verbindungen oder legen sie still, damit Austausch effektiv stattfinden kann. Immer gemessen am eigenen Haushalt.

    Sich das Ganze als ein Buchführungssystem mit individuellem Haushalt vorzustellen, ist eine passende Analogie.

    Soweit so gut.

    Über Körperbewegung und Sinnesorgane sind wir mit unserer Umwelt im Austausch, so wie der Wurm mit Augen im Meer (die Natur ist selbst in diesen einfachen Formen sehr kreativ).

    Wir zappeln aber nicht alleine durch die Welt, da sind noch andere Artgenossen, und das ist auch ganz gut für uns, allerdings mit Einschränkungen und bedingt.

    Ich habe sehr lange gebraucht, um mir die Frage zu erlauben: Was bringt mir das? Was habe ich davon? Ich habe irgendwann selbst Kosten-Nutzen-Rechnungen aufgestellt, und das war sehr erhellend für mich und tat mit letzten Endes gut.

    „Was ihrem Nervensystem guttut, ist ein anderer Mensch. Leider ist er auch das, was ihm am meisten schaden kann.“

    Lisa Feldman Barrett, Siebeneinhalb Lektionen über das Gehirn

    Die nächste Lektion im Buch: Unser Gehirn arbeitet mit anderen Gehirnen zusammen.

    Kurz und knapp: Die Kommunikation und Verbindung mit anderen Menschen kann uns gut tun und uns krank machen. Das belegt jetzt auch die Hirnforschung, ist nicht nur eine Metapher, sondern eine messbare Tatsache.

    „Warum aber haben die Worte, die auf Ihr Ohr treffen, derart weitreichende Auswirkungen auf Sie? Weil viele Gehirnareale, die zur Sprachverarbeitung nötig sind, auch das Innenleben Ihres Körpers steuern – wichtige Organe und funktionale Systeme, die Ihre Körperbuchführung aufrechterhalten. Die Gehirnregionen, die zu dem gehören, was Neurowissenschaftler das «Sprach-Netzwerk» (language network) nennen, regeln Ihre Herzfrequenz hinauf und hinunter.

    Rein vom Stoffwechsel her betrachtet, ist es für das Gehirn kostspielig, wenn es mit Dingen zu tun hat, die es nur schlecht vorhersagen kann. Kein Wunder also, dass sich Menschen in Echokammern einschließen und nur solche Nachrichten und Meinungen zur Kenntnis nehmen, die bestätigen, was sie ohnehin schon glauben – so wird der Stoffwechsel weniger belastet und die unangenehme Erfahrung, etwas Neues lernen zu müssen, vermieden. Unglücklicherweise gehen damit die Aussichten gegen null, etwas zu erfahren, was ihre Meinung ändern könnte.“

    „Wenn wir mit jemandem zusammen sind, der uns am Herzen liegt, synchronisieren sich sogar die Atemfrequenz und der Herzschlag, ob wir nun munter plaudern oder hitzig streiten. Diese Art körperlicher Verbindung ist auch bei Kindern und ihren Bezugspersonen zu beobachten, bei Therapeuten und ihren Klienten, bei den Teilnehmern eines Yogakurses und bei den Mitgliedern eines Chors. Häufig spiegeln wir Bewegungen in einer Art Tanz, dessen wir uns nicht bewusst sind und zu dem unsere Gehirne die Choreografie liefern. Einer führt, der andere folgt, und manchmal werden diese Rollen auch getauscht. Mögen wir unser Gegenüber aber nicht oder misstrauen ihm, dann verhält sich unser Gehirn wie ein Tanzpartner, der dem anderen auf die Zehen tritt.

    Letztlich tragen Angehörige, Freunde, Nachbarn und sogar Fremde zu Ihrer Gehirnstruktur und -funktion bei. Sie helfen Ihrem Gehirn dabei, Ihren Körper fit zu halten.“

    Ich bin nicht auf Dauer mit jemandem zusammen, um Ratschläge, Tipps oder Korrekturen zu bekommen, sondern um Verständnis zu erleben. Den Tanz miteinander.

  • Soziale Realität

    „We don’t create a fantasy world to escape reality. We create it to be able to stay.“

    Lynda Barry, What it is
  • Das Gehirn sagt vorher, was wir tun

    Weiter geht es mit den siebeneinhalb Lektionen über das Gehirn. Das eine Kapitel über das kindliche Lernen übergehe ich. Ich (und meine Kinder) bin aus dem Alter raus.

    Die nächste Lektion lautet: Ihr Gehirn sagt vorher, was sie tun.

    Ich erinnere mich an einen Artikel, der über diese Erkenntnis berichtete und was das für Konsequenzen beispielsweise für die Schuldfähigkeit haben könnte. Zum Glück hat diese Tatsache kaum jemanden interessiert und niemand hat die grundsätzlche Schuldfähigkeit des Menschen in Frage gestellt.

    Während Ihr Gehirn Vorhersagen trifft, überprüft es sie anhand der Sinnesdaten, die es aus der Außenwelt beziehungsweise aus dem Körper bekommt. Was jedoch als Nächstes passiert, verblüfft mich immer noch, selbst als Neurowissenschaftlerin. Falls Ihr Gehirn eine gute Vorhersage getroffen hat, feuern Ihre Neuronen bereits in einem Aktivitätsmuster, das zu den eintreffenden Sinnesdaten passt. Was bedeutet, dass die Sinnesdaten keinen anderen Nutzen haben, als die Vorhersage Ihres Gehirns zu bestätigen. Was Sie in der Welt sehen, hören, riechen und schmecken und was Sie in diesem Moment in Ihrem Körper empfinden, ist in vollem Umfang ein Konstrukt in Ihrem Kopf. Durch seine Vorhersage hat Sie Ihr Gehirn schon aufs Handeln vorbereitet.

    Lisa Feldman Barrett, Siebeneinhalb Lektionen über das Gehirn

    Mit anderen Worten: Wir erkennen, was wir tun. Das, was wir als Besonnenheit oder Geist oder Bewusstsein oder wie immer wir diesen Zustand nennen wollen, wahrnehmen, ist das, was wir alltäglich unter „Denken“ verstehen. Das ist zu wenig. Darunter liegt ein ganzes Meer komplexer Denkvorgänge, die bereits alles Notwendige in Gang gesetzt haben. Das sind unsere sinngebenden, lebenserhaltenden Vorgänge, individuell und im Austausch mit anderen. Unser „bewusster Moment“ ist manchmal also auch dafür da, unserem Gehirn alternative Vorhersagemöglichkeiten zu bieten.

    In Ihrer Kindheit kreierten Ihre Bezugspersonen die Umwelt, die für die Verschaltung Ihres Gehirns sorgte. Ihre Bezugspersonen haben Ihre Nische geschaffen, Sie selbst haben sich diese Nische nicht selbst ausgesucht – Sie waren ja noch ein Baby. Also sind Sie nicht verantwortlich für die frühkindliche Verschaltung Ihres Gehirns. Wenn Sie mit Menschen groß wurden, die einander sehr ähnlich waren, ähnliche Kleidung trugen, ähnliche Überzeugungen hatten, den gleichen Glauben teilten oder einander in Hautfarbe oder Gestalt stark ähnelten, dann haben diese Ähnlichkeiten das Bild vom Menschen bestimmt, das Ihr Gehirn erwartet und aufgrund dessen es seine Vorhersagen trifft.

    Ihrem sich entwickelnden Gehirn wurde eine bestimmte Bahn vorgezeichnet.

    Aber wenn Sie erwachsen sind, ist das anders. Sie können mit den unterschiedlichsten Menschen Kontakt schließen. Sie können die Überzeugungen, die man Ihnen als Kind mitgegeben hat, ändern. Sie können Ihre Nische neu einrichten.

    Ihre Handlungen werden zu den künftigen Vorhersagen Ihres Gehirns, und diese wiederum beeinflussen Ihre künftigen Aktivitäten. Sie haben also durchaus die Freiheit, Ihre Vorhersagen neu und anders auszurichten.

    Nicht jeder Mensch kann sich zu 100 Prozent aussuchen, was er verbessern kann, aber jeder Mensch kann sich zumindest ansatzweise dafür entscheiden, etwas anders zu machen als bisher.

    Lisa Feldman Barrett, Siebeneinhalb Lektionen über das Gehirn
  • Ein Meer voller Spaghetti

    Hirnforschung ist alleine schon wegen seiner immensen Größe ein gigantisches Projekt. Man geht inzwischen davon aus, dass das menschliche Gehirn aus etwa 100 Milliarden besteht, die etwa 500 Billionen Verbindungen haben. Dieses Netzwerk ist immer aktiv und ruht nie.

    500 Billionen!

    Die Möglichkeiten der Untersuchung, sind detaillierter geworden. CT-Bilder sind grob. Bunte Areale werden inzwischen viel genauer untersucht. Sie geben nicht wieder, wie Neuronen verbunden sind und miteinander Information austauschen.

    Der Austausch ist dynamisch und nicht so mechanisch oder automatisch, wie man denkt. Dabei werden immer andere Verbindungen genutzt. Erinnerungen werden nicht abgespeichert, sondern jedes Mal erzeugt. Erinnerungen werden zusammengesetzt und geben den Signalen, die von außen kommen seinen individuellen, auf den Körper abgestimmten Sinn. Es gibt keine „Festplatte“ im Gehirn. Bereiche sind multifunktional und können Arbeit und Aufgaben flexibel neu verteilen.

    Es geht im Gehirn zu wie im Zentrum des Stadtverkehrs mit Autos, Radfahrern und Fußgängern mit Kinderwagen und Rollator. Wenn man sich dieses zweidimensionale Bild des Verkehrs vor Augen führt und sich dann noch vorstellt, dass alle Beteiligten auch fliegen können, dann bekommt man eine ungefähre Ahnung von der dreidimensionalen Komplexität.

    Es findet im Gehirn ein permanentes Strömen und Fließen von Hormonen, Transmittern, Proteinen statt. Ein bisschen stelle ich seine Form mir wie ein Meer vor. Ein Meer, in dem ich Spaghetti koche. Neuronen nehmen miteinander Verbindungen auf und tauschen Stoffe aus. Sie stärken ihre Verbindungen und bauen Verbindungen wieder ab. Es werden Verbindungen optimiert, um noch schneller Information zu übertragen, und es werden Übertragungen gehemmt, in sehr großem Maße sogar. Es ist keineswegs einer Autobahn vergleichbar.

    Sebastian Seung hat 2012 das Projekt EyeWire begonnen, ein kollaboratives „Spiel“, bei dem es darum geht, Neuronen und ihre Dendriten zu färben, damit so ein dreidimensionales Modell des Netzwerks (Konnektom) entsteht. Natürlich ist das kein richtiges Spiel, sondern eine Arbeit, die so umfangreich ist, dass man sie auf möglichst viele Menschen verteilen muss.

    „A map of a full retina is definitely a big job. Eyewire is built around the E2198 dataset, which is a small section (just 350×300×60 µm^3[1]) of Harold’s (the mouse) retina.“

    What specifically am I working towards?

    „The EyeWire is based on the images that were acquired at the Max Planck Institute for Medical Research in Heidelberg, Germany. This dataset, known as E2198, was the basis of Wiring specificity in the Direction-Selectivity Circuit of the Retina. The source retina was obtained from a dark-adapted adult wild-type (C57BL/6) mouse.“

    „The researchers measured both neural activity and connectivity in the same retina by applying two imaging methods one after the other: two-photon microscopy (2P) and serial block-face scanning electron microscopy (SBFSEM).“

    https://wiki.eyewire.org/E2198

    1: cubic micrometer is equal to the volume of a cube with sides each measuring one micrometer (1 µm) in length

  • Wir haben nur ein Gehirn, nicht drei

    Tja, das muss ich dann wohl aus meinem Wissensschatz als „leider falsch“ streichen. Nicht einmal spaßeshalber will ich mit dieser Metapher mehr umgehen (was ich bisher tat, wenn ich versucht habe zu beschreiben, was ich tue, wenn ich Tanzschritte lerne, was mir ja immer schon etwas naiv verkürzt vorkam). Es tut mir leid, wenn ich daran beteiligt war, diese falsche Vorstellung zu verbreiten.

    Ich streiche die Begriffe „Reptiliengehirn“ aus meinem aktiven Wortschatz.

    Dieses Modell hier ist falsch wie das Modell einer scheibenförmigen Erde:

    Neocortex (Ratio, Mensch)
    Limbisches System (Emotionen, Säugetiere)
    Reptiliengehirn (Instinkt, Reptilien)

    „Sie tragen also keine innere Eidechse oder ein emotionales Tiergehirn in sich. Es gibt kein limbisches System, das für unsere Emotionen verantwortlich ist. Und Ihr (fälschlich) sogenannter Neocortex ist auch nichts Neues: Viele andere Wirbeltierarten haben dieselben Neuronen, die sich bei manchen Tieren zu einer Großhirnrinde entwickeln, wenn die entscheidenden Phasen lange genug andauern. Alles, was Sie über den menschlichen Neocortex, die Großhirnrinde oder den präfrontalen Cortex als Sitz der Vernunft lesen oder über den Frontallappen, der das angebliche Emotionsgehirn steuert, um irrationales Verhalten zu unterdrücken, ist schlicht überholt oder beklagenswert unvollständig. Das dreieinige Gehirn und sein epischer Kampf zwischen Emotion, Instinkt und Ratio sind ein moderner Mythos.“

    „Glücklicherweise müssen wir das gar nicht, denn eine von beiden ist schlicht falsch. „Die Geschichte vom dreieinigen Gehirn ist einer der erfolgreichsten und verbreitetsten Irrtümer in der Wissenschaft. Sicher handelt es sich dabei um eine faszinierende Geschichte, zumal sie widerspiegelt, wie wir uns gelegentlich fühlen.“

    „Jüngste Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Molekulargenetik zeigen, dass sich die Neuronen von Reptilien beziehungsweise nicht menschlichen Säugetieren und jene der Menschen gleichen, selbst die Neuronen, die den sagenumwobenen menschlichen „Neocortex“ bilden. Menschliche Gehirne sind nicht aus denen der Reptilien hervorgegangen, indem sie eigene Areale für Emotionen und rationales Denken entwickelt haben. Stattdessen ist etwas viel Spannenderes passiert. Wissenschaftler haben erst kürzlich herausgefunden, dass die Gehirne sämtlicher Säugetiere demselben Bauplan folgen, und vermutlich gilt das auch für die Gehirne von Reptilien und anderen Wirbeltieren. Viele Menschen – selbst viele Neurowissenschaftler – wissen das noch nicht. Und jene, die Bescheid wissen, stehen noch ganz am Anfang der Erkundung, was dies denn tatsächlich bedeutet.

    Lisa Feldman Barrett, Siebeneinhalb Lektionen über das Gehirn

  • Wie mein Gehirn funktioniert

    Die Ergebnisse der Hirnforschung der letzten Jahre bekomme ich nur am Rande mit und auch nur in Teilergebnissen. Ich habe nie mein Wissen auf Stand gebracht, was zur Folge hat, dass es mittlerweile überholt ist. So wie das Modell von der Geschmackrichtungslandkarte auf der Zunge (es gibt keine) oder dass Pluto ein Planet sei (er ist nur ein Zwergplanet).

    Was die Hirnforschung beobachtet und welche Begriffe sie verifiziert, ist mehr als Wortklauberei. Die Ergebnisse haben zentrale Begriffe verändert oder anders gewichtet, mit denen bzw. über die ich täglich spreche: Wahrnehmung, Realität, Gedächtnis, Umwelt, Kultur, Körper. Begriffe wie „Körperbuchführung“ oder „Vorhersageorgan“ sind neue, anschauliche Arbeitsbegriffe, die erst einmal reichen müssen.

    Ich habe mir das Buch „Siebeneinhalb Lektionen über das Gehirn“ von Lisa Feldman Baret besorgt und werde es jetzt regelrecht durcharbeiten, um nicht einfach bloß erstaunt zu sein oder einen Eindruck zu bekommen, sondern um wirklich meine Vorstellung über die Funktionsweise des Gehirns zu ändern. Es geht schließlich um mein zentrales Denkorgan.

    Und damit bin ich schon bei der ersten halben Lektion: Das Gehirn ist nicht zum Denken da. Das ist keine Spitzfindigkeit oder Wortklauberei. Man muss den Begriff Denken neu denken, denn unser Gehirn ist so etwas wie ein Vorhersageorgan, und zwar denkt es nicht nur Vorhersagen, sondern setzt motorische Abläufe bereits in Gang, wenn wir sie erst im Nachhinein als Absicht erkennen.

    Wir besitzen ein Gehirn, um damit unsere Körperbuchführung (Allostase) steuern. Alles, was wir zum Leben brauchen, wird über das Gehirn gesteuert, und das sind nicht nur Wasser und Brot, sondern auch sozialer Austausch, Kultur, und so weiter, weil wir auch das zum Leben brauchen, aber dazu später mehr. Es ist erst einmal ganz sinnvoll, sich diesen einen Sinn vor Augen zu führen: wir leben, um zu leben.

    Ich weiß leider nicht mehr, wo ich es gelesen habe (Feininger?), aber den einen Satz werde ich nie vergessen: physikalisch betrachtet, sind wir so etwas wie Durchlauferhitzer.