Das Netzwerk im Kopf

Netzwerk der besonderen Art

Im Kopf steckt das leistungsfähigste Netzwerk der Natur

Im Gehirn sind von Geburt an mehrere 100 Milliarden, nach neuren Schätzungen vielleicht sogar 1000 Milliarden Nervenzellen – eine unvorstellbar hohe Zahl. Diese Neuronen bilden sich schon im Mutterleib und ihre Lebensdauer ist länger als die aller anderen Körperzellen – nämlich bis zu 80 Jahre. Kein anderer Zelltyp im Körper wird so alt. Die Nervenzellen, die schon im Embryo-Gehirn entstehen, teilen sich nur vor der Geburt in verschwenderischer Fülle. Wenn das Kind auf der Welt ist, hören sie damit auf. Das Gehirn wächst nicht, wie andere Organe, dadurch, dass sich seine Zellen teilen. Es wächst, weil die Nervenzellen Verbindungsfasern ausbilden, die sich untereinander vernetzen und immer dicker werden. Deshalb sagen Hirnforscher auch nicht, dass das Gehirn wächst, sondern dass es reift. Zwar weiß man seit kurzem, dass es tatsächlich einige Hirnregionen gibt, in denen selbst beim Erwachsenen noch neue Nervenzellen entstehen können. Doch ihr Anteil ist gering im Vergleich zur Masse der Zellen, die sich nicht mehr teilen.

Die Masse macht's

Es gibt noch eine andere Art von Zellen im Kopf, die so genannten Gliazellen. Sie umgeben die Nervenfortsätze mit einer Schicht von Bindegewebe, etwa so, wie ein Kabel eine elektrische Leitung umhüllt. "Myelinschicht" nennen Hirnforscher diese schützende Hülle. Die Gliazellen, benannt nach dem griechischen Wort für Leim, sind noch zahlreicher als die eigentlichen Nervenzellen, es sind 100 000 Milliarden. Sie schützen nicht nur die Nervenfortsätze, sondern sorgen auch dafür, dass die elektrischen Impulse, die die Nerven weitergeben, besonders schnell weitergeleitet werden. Eine Nervenzelle ohne Myelinschicht leitet einen Impuls in 10 Metern pro Sekunde – mit der glibberigen Substanz um die leitenden Fasern ist sie zehnmal so schnell, nämlich 100 Meter pro Sekunde. Daher sind die Gliazellen enorm wichtig im Gehirn, und sie bilden insgesamt 90 Prozent der Gehirnmasse. Je mehr Verknüpfungen - und je mehr Gliazellen - desto schneller die Weiterleitung der elektrischen Signale. Und desto schlauer der Mensch!

Gut verdrahtet

Kind und Erwachsener: Beide haben gleich viele Hirnzellen im Kopf. Nur die Dichte des Netzwerkes ist verschieden

Auf die Gliazellen und die Vernetzungsfasern kommt es bei der Hirnentwicklung auch besonders an. Denn die Anzahl der Nervenzellen ist beim Baby und beim Erwachsenen etwa gleich hoch – aber die Verbindungen zwischen den Neuronen, vor allem die Dicke der Verbindungen und der Myelinschicht darum herum, machen die Leistung aus. Ein Erwachsener hat nur deshalb einen größeren Kopf als ein Baby, weil seine Nervenzellen vielfach verschaltet und die Verbindungen zwischen ihnen dick mit Myelin umhüllt sind.

Das wichtigste Jahr des Lebens

Im ersten Lebensjahr wächst das Gehirn am meisten, es macht einen Riesensprung: Der Säugling vergrößert seine Gehirnmasse auf das Dreifache, von 250 Gramm auf 750 Gramm. Und das nur dadurch, dass viel mehr Verbindungen zwischen den Neuronen entstehen. Voraussetzung dafür sind vielfältige Reize aus der Umwelt, besonders wichtig ist dabei die liebevolle Zuwendung der Eltern. Obwohl das Kind selbst recht passiv erscheint, arbeitet sein Gehirn auf Hochtouren, verarbeitet alles, was hereinkommt und bildet wesentliche Strukturen aus. Auch die Sprachverarbeitung beginnt schon, obwohl das Kind noch gar nicht sprechen kann: Das Gehirn beginnt mit seinem Lernprogramm, sobald das Kind auf der Welt ist – und wahrscheinlich sogar schon im Mutterleib.

Wachstum im Gehirn: Werden und Vergehen

Das Gehirn wächst im Lauf des Lebens in verschiedenen Phasen, die Teile des Gehirns reifen unterschiedlich schnell. Bei jedem Wachstumsschub bilden sich zuerst viele neue Verbindungen, die anschließend wieder aussortiert werden, und zwar je nachdem, welche von ihnen öfter gebraucht werden. Nur diese werden dann noch mit einer neuen, dicken Myelinschicht umhüllt, so dass sie schnell und leistungsfähig werden. Das ist vor allem in den ersten Lebensjahren so, bis in der Pubertät auch die vordere Großhirnrinde heranreift: Wieder werden viele neue Synapsen und Verbindungen gebildet und anschließend aussortiert: Was unnötig ist, geht zu Grunde. Das Auslesen bestimmter Nervenverbindungen und das Intensivieren heißt unter Hirnforschern "pruning", auf Deutsch "stutzen" – das Gehirn wird zurechtgestutzt im Hinblick auf die Verbindungen, die oft gebraucht und daher ausgebaut werden.

Zwei Hälften bilden das Ganze

Dabei ist das gesamte Gehirn in zwei Hälften geteilt, "hemisphärisch", wie die Hirnforscher sagen. Je eine Hälfte steuert eine Körperseite, und alle Funktionseinheiten des Gehirns kommen zweimal vor, in jeder Hälfte einmal. Zwischen den beiden Hälften gibt es eine Brücke, das Corpus Callosum, die den Austausch von Informationen zwischen den beiden Hirnteilen regelt. Das ist auch nötig, denn kein Denkprozess wird nur in einer einzigen Hälfte oder Hirnregion organisiert. Die Vorstellung, dass die linke und die rechte Hirnhälfte ganz unterschiedliche Aufgaben haben und sozusagen getrennt voneinander funktionieren, ist mittlerweile klar widerlegt und wissenschaftlich überholt.

Das egozentrische Organ

Durch das Auge und alle Sinne strömen Daten ins Gehirn. Doch auf das Netzwerk dahinter kommt es an

Von dem gigantischen Netzwerk zwischen den Milliarden von Nervenzellen ist nur der kleinste Teil dafür zuständig, das Gehirn mit der Außenwelt zu verbinden. Es sind etwa vier Millionen Fasern; also Leitungen, die für die Sinne zuständig sind - für Sehen, Hören, Fühlen, Riechen oder Schmecken. Die Zahl aller Verbindungen dagegen, die ausschließlich die Neuronen innerhalb des Gehirns miteinander verbinden, ist über zehn Millionen mal so groß wie die Zahl der Eingänge: Auf jede einzelne Faser, die in das Gehirn hinein- oder daraus herausgeht, kommen 10 Millionen Fasern, die das Netzwerk nur mit sich selbst verschalten.

Denken ist Strom und Chemie

Hirnzelle mit Synapsen, den Schaltstellen für das Netzwerk

Weitergeleitet werden die Informationen und Ergebnisse durch elektrische Impulse und durch chemische Signale quer durch das gigantische Netzwerk. Die elektrischen Impulse gehen von den Nervenzellen aus und laufen durch lange Nervenfortsätze, so genannte Axone. Am Ende kommen sie an Übertragungsstellen an, den Synapsen. Dort reizt der elektrische Impuls kleine Behälter, die Botenstoffe enthalten. Diese Botenstoffe, auch Neurotransmitter genannt, übertragen jetzt den Reiz als kleine Chemiebomben an die gegenüber liegende Synapse. Dort führen die Neurotransmitter wieder zu einem elektrischen Impuls. An der Nervenzelle sitzen außer den Axonen, den großen Leitungsfasern, auch viele kleinere Fortsätze, die Dendriten mit ihren vielen Synapsen. Sie empfangen Signale von anderen Zellen, an ihnen docken zum Beispiel Axone anderer Nervenzellen an. Die Synapsen können unterschiedlich stark erregt werden, und je öfter an ihnen ein Signal ankommt, desto stärker ist ihre Reaktion.

Neuronen arbeiten nur im Team

Jeder Prozess im Gehirn wird von einer ganzen Gruppe von Nervenzellen durchgeführt - 100 bis 1000 Neuronen sind beteiligt. Jede Nervenzelle ist mit bis zu 15.000 Synapsen mit anderen Nervenzellen verbunden und tauscht mit ihnen elektrische Impulse aus. Wenn das Gehirn arbeitet, sind weder einzelne Zellen noch einzelne, scharf abgegrenzte Regionen oder einzelne "Minigehirne" aktiv. Stattdessen sind die Hirnprozesse in der Regel über verschiedene Regionen und beide Gehirnhälften verteilt. Beim Erwachsenen bombardieren die Sinne und die Reize von außen das Gehirn mit einer ungeheuren Datenmenge pro Sekunde – aus allen Organen im Körper, aus allen Sinneswahrnehmungen und Aktivitäten fließt der Datenstrom ins Gehirn. Das hält mit seinem Netzwerk dagegen, um alles zu verarbeiten. Dabei reduziert und filtert es die eingehenden Reize größtenteils automatisch und schützt sich so vor Überflutung.

Hirnforscher sagen daher scherzhaft, dass das Gehirn eigentlich nichts als ein System zur Abwehr von Informationen ist.