Supercomputer für die Sinne

Haben Sie das auch schon mal erlebt? Sie sitzen im Auto und wollen dies mal nicht wie üblich zu Ihrer Arbeitsstelle fahren, sondern ausnahmsweise mal in einen anderen Stadtteil abbiegen. Doch prompt schlägt Ihnen die Konzentration ein Schnippchen, weil Sie nebenbei über den Einkauf nachgedacht haben. Und ehe Sie sich versehen, haben Sie automatisch den geläufigsten Weg genommen und befinden sich bereits in der Anfahrt auf Ihren Arbeitgeber.

Normalerweise werden Sie sich in diesem Moment vor allem ärgern und nicht unbedingt darüber nachdenken, welche enorme Leistung des zentralen Nervensystems ein derart automatisiertes Autofahren überhaupt erst möglich macht. Sollten Sie aber! Schließlich besitzen Sie mit Ihrem Gehirn einen Supercomputer, den man sich niemals leisten könnte, wenn man ihn denn kaufen müsste (und wenn es ihn überhaupt zu kaufen gäbe). Schon für die Simulation eines Netzwerks aus 10 000 Nervenzellen brauchten Schweizer Forscher einen Computer mit mehr als 8000 Prozessoren. Für die Abermillionen Neuronen in unserem Körper wären vermutlich mindestens zehn Milliarden Prozessoren nötig.

Also schauen wir uns die Abläufe beim Autofahren doch einmal genauer an. Denn dabei spielen fast alle fünf Sinne zusammen: Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Fühlen. Während Sie noch in Gedanken Milch und Butter in den Einkaufswagen packen, empfängt das Auge im Hintergrund mit seinen Lichtrezeptoren Bilder der nächsten Ampel, die gerade auf Rot springt. Die Sinneshärchen in der Hörschnecke des Ohres registrieren die Hupgeräusche des Nachbarn, und die Geruchsrezeptoren der Nase den Ruß aus dem Auspuff des Vordermannes, dessen Katalysator ganz offensichtlich defekt ist. Aus alledem macht sich das Gehirn ein Bild der Situation und veranlasst die nötigen Schritte: Der rechte Fuß tritt auf die Bremse, der linke auf die Gangschaltung, gleichzeitig fasst die rechte Hand den Schalthebel, um den richtigen Gang einzulegen. Und zwischendurch schalten Sie auch noch die Lüftung aus, weil der Geruch nicht mehr zu ertragen ist.

Möglich wird diese koordinatorische Meisterleistung, durch all die Nervenzellen im Körper, die hintereinandergelegt bis zum Mond und zurück reichen würden. Besonders viele sind im zentralen Nervensystem zu finden, das neben dem Gehirn auch das durch die Wirbel geschützte Rückenmark umfasst, durch das wie auf einer „Nervenautobahn“ Informationen aus dem unteren Teil unseres Körpers ins Gehirn flitzen und umgekehrt. Auch bei der Sinnesverarbeitung müssen die eingehenden Signale zunächst einmal an ihren Bestimmungsort gelangen. „Aus dem Auge oder dem Ohr werden die Sinnesreize über spezialisierte Nervenbahnen wie den Seh- oder Hörnerv an die entsprechenden Verarbeitungszentren in der Großhirnrinde (Kortex) weitergeleitet“, erklärt Prof. Joachim Krauss, Direktor der Klinik für Neurochirurgie an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH).

Im Hör- oder Sehzentrum werden die eingehenden Sinneseindrücke bewertet, dann eine Ebene tiefer in die sogenannten Integrationszentren in den Basalganglien unterhalb des Kortex geschickt. In diesen Zentren treffen sie auf weitere Informationen wie etwa das vom Bein geschickte Signal, dass der Fuß noch auf dem Gaspedal ruht. Aus allen vorhandenen Informationen berechnet das Zentrum dann die nötige Reaktion – was umso schneller und reibungsloser geht, je häufiger man eine Tätigkeit wie das Autofahren ausführt. „Wie genau die eintreffenden Signale in den Integrationszentren zu sinnvollen Handlungen verknüpft werden, wissen wir allerdings noch nicht“, erklärt Krauss.

Aber die MHH-Neurochirurgen arbeiten mit Hochdruck daran, mehr über die Informationsverarbeitung zu erfahren. Beispielsweise, wenn sie Patienten mit ganz anderen Leiden operieren. „Als Nebenprodukt unserer Behandlungstätigkeit, untersuchen wir auch die Funktionsweise der Zentren“, sagt Krauss. So protokollieren er und sein Team, während sie einem Patienten Elektroden in das Gehirn einsetzen, um Schmerzen zu lindern oder die Muskelkoordination zu verbessern, auch, welche Reaktion der winzige Strom aus der Elektrode an welcher Stelle auslöst. „Dabei haben wir bereits gesehen, dass einzelne Zellen in den Integrationszentren bestimmten Körperteilen zugeordnet sind“, sagt Krauss. „Je mehr wir über die Funktionsweise der Zentren erfahren, desto besser können wir Krankheiten wie Parkinson oder Muskeldystonie heilen, bei denen dieses System gestört ist.“

Umgekehrt lernen die Ärzte aus derartigen Krankheiten auch viel über unsere Körperfunktion. So sei bei der Muskeldystonie der Eingang der sensorischen Signale gestört, sagt Krauss. „Was die Arme oder Beine melden, kommt nicht korrekt im Gehirn an, sondern wird durch eine Art Störfeuer unterdrückt.“ Mithilfe der tiefen Hirnstimulation, bei der eine feine Elektrode unter der Hirnrinde implantiert wird, lassen sich die veränderten Schwingungen (Oszillationen) unterdrücken und die Symtome lindern. Weil die Elektrode in dem tiefergelegenen Bereich des Gehirns wirkt, wo auch die Integrationszentren angesiedelt sind, geht Krauss davon aus, dass bei der Dystonie eine Störung bei der Verknüpfung der eingehenden Sinnessignale vorliegen könnte.

Ein besonders interessantes Beispiel für die Funktionsweise der Sinnesverarbeitung und die Lernfähigkeit unseres Gehirns ist auch der Fall des Amerikaners Michael May, der als Dreijähriger erblindete. Als er mit 48 Jahren mithilfe einer Hornhauttransplantation sein Augenlicht zurückbekam, sah er sich zunächst überflutet von Licht, Farben und Formen, mit denen er gar nichts anfangen konnte, weil sein Gehirn nie richtig gelernt hatte, zu sehen. Erst nach und nach schaffte es May, in dem chaotischen Gewirr vor seinen Augen Gegenstände zu erkennen und zuzuordnen. Das zeigt, wie sehr das, was wir sehen (und dessen Bewertung) von unserer individuellen Erfahrung abhängt. Versuche haben auch bewiesen, wie selektiv Menschen sehen: Während Versuchsteilnehmer bei einem Ballspiel wie befohlen die Pässe zählten, übersahen sie völlig, dass ein als Gorilla verkleideter Mensch das Spielfeld kreuzte.