Neuronale Strukturen

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Version vom 06:01, 10. Dez. 2007

Unser Gehirn besteht - anders als etwa Computer - aus einer großen Anzahl gleichartiger "Bausteine", den Zellen. Alle Zellen arbeiten nach ähnlichen Prinzipien und sind ähnlich aufgebaut. Darin unterscheidet sich das Gehirn deutlich vom Computer, der aus unterschiedlichen Hardware-Elementen aufgebaut ist, die keinerlei Ähnlichkeiten besitzen. Ein Speicherregister ist vollkommen anders aufgebaut als ein Rechenwerk, ein RAM-Speicher anders als ein Cache-Speicher usw.

Dagegen unterscheiden sich die Zellen des menschlichen Gehirns nicht grundsätzlich. Ihre Funktion und Besonderheit ergibt sich vielmehr aus ihrer Struktur, aus der Art ihrer Verknüpfung. Wollte man ein ähnliches Konzept mit technischen Mitteln realisieren, müsste man unzählige gleichartige Prozessoren mit einander verknüpfen und dazu bringen, sinnvoll zu kommunizieren. Dazu ware aber ein von außen eingespieltes Programm notwendig.

Genau dieses "Programm" existiert aber beim organischen Gehirn nicht. Die komplexe Struktur hat sich durch schrittweise Modifikation und Differenzierung entwickelt. Jede Entwicklungsstufe muss aus der vorangegangenen Entwicklungsstufe ableitbar sein.

Um diese Strukturen zu verstehen, ist es daher unbedingt notwendig, die dahinter stehende evolutionäre Entwicklung zu kennen. Ausgehend von den Eigenschaften der einzelnen Nervenzellen und Neuronen muss die stammesgeschichtliche Entwicklung komplexer Gehirne nachvollzogen werden. Nur so lässt sich vielleicht eines Tages das Gehirn als Ganzes besser verstehen. Dabei können einige grundsätzliche Annahmen getroffen werden:

1. Neuronale Netze müssen sich zunächst aus einzelnen unspezifischen Zellen entwickelt haben (Beispiel Qualle: lichtempfindliche Zellen wirken auf Zellen, die pulsierende Bewegungen erzeugen)
2. Alle Funktionen müssen ohne strukturierenden Eingriff von außen durch bloße Kombination von Zellen und ihren Verknüpfungen umsetzbar sein
3. Der hierarchische Aufbau muss sich aus der stammesgeschichtlichen Entwicklung herleiten lassen (siehe Abbildung zur phasenweisen Entwicklung solcher Strukturen)
   1. Phase 1: auf der einen Seite Funktionen, die direkt auf den Körper zugreifen und Sinneszellen in direktem Kontakt mit der Umwelt auf der anderen Seite.
   2. Phase 2:fest vernetzte Teilnetze zwischen Ein- und Ausgabezellen mit Einzelfunktionen zur Analyse und Transformation der eingehenden Wahrnehmungsmuster zur Bildung eines passenden Verhaltensmusters

zunehmende Komplexität durch zusätzliche Sinneszellen (Licht, Schwingungen, chemische Analyse usw.) und komplexeren physiologischen Aufbau (Differenzierung der Organe, zusätzliche Gliedmaßen usw.)

1. 1. Phase 3: (These) Bildung von Teilnetzen in denen Standardmuster als festvernetzte Vergleichsmuster abgebildet werden, mit denen sich Wahrnehmungsmuster leichter analysieren lassen (Instinkt)
   2. Phase 4: Ausbildung der Fähigkeit, Vergleichsmuster aus Wahrnehmungsmustern zu bilden (Gedächnis)
   3. Fähigkeit selbst Wahrnehmungsmuster aus den vorhandenen Vergleichsmustern zu bilden (Denken)

Diese Form der Betrachtung sollte zu einem besseren Verständnis unseres Gehirns führen als der verbreitete "funktionsorientierte", kombinatorische Blickwinkel. Dieser nimmt das Gehirn - ähnlich einem technischen Gegenstand - als gegeben hin und versucht seinen Aufbau anhand der Funktionen zu verstehen. Dabei wird es in Funktionseinheiten zerlegt. Man sucht nach "Speicher", "Steuereinheit", Funktionshierachien und Analogien aus der Welt des Computers und der Technik. Diese Art der Betrachtung führt aber meiner Meinung nach nicht zum Erfolg, weil sie die organischen Eigenschaften des Gehirns vollkommen ausser Acht lässt. Zwar lassen sich einzelne Eigenschaften des Gehirns mit solchen kombinatorischen Methoden beschreiben und einige Effekte können sogar mathematisch recht genau modelliert werden. Diese Teilerklärungen sind aber noch weit von einer vollständigen Theorie des Gehirns entfernt. Hier deuten sich ähnliche Schwierigkeiten an, wie sie die Physik schon seit langem plagen: während Erklärungen einzelner Phänomene anhand von experimentellen Untersuchungen und mathematisch, naturwissenschaftlichen Modellen recht schnell bei der Hand sind, will es mit einer geschlossenen Theorie, die alle diese Phänomene erfasst, einfach nicht klappen.