Der verzauberte Webstuhl

Wussten Sie, dass Sie einen riesigen Teppich[1] im Kopf haben? Einer, der sein Erscheinungs­muster in jeder Sekunde vielfach wechselt? Damit ist die Hirnrinde (=Cortex) gemeint, die als dünnes Nerventuch mit äusserst eng verwobenen Fasern das Hirn gegen aussen abschliesst. Es ist vielfach gewunden und eingebuchtet, um in der Schädelkugel möglichst viel Fläche unterzubringen. Sie sehen oben zwei vertikale Schnitte aus dieser Fläche, die aus einigermassen senkrecht angeordneten Nervenzellen besteht. Nach der Geburt findet eine rasch dichter werdende Vernetzung statt, links sieht man die Verästelungen nach 6 Monaten, rechts nach 24 Monaten. Dies ist die «Rechenma­schine», womit sich das Kleinkind der Umwelt bemächtigt, und in welcher seine laufenden Empfindungen und Gefühle entstehen. Es gibt nur diese Hirnrinde, etwas anderes hat die Neuroforschung nicht entdeckt. An ihr muss es liegen, dass wir zu Menschen werden. – Skandalös! Wie soll das zugehen?
Was das Baby erwirbt, dazulernt, schlägt sich in einem rasch dichter werdenden Netz der Zellfortsätze nieder. Der Zweck dieser Nervenzellen ist es, Impulse auszutauschen; Dutzende, Hunderte Impulse pro Sekunde rasen durch jede Faser im Geflecht. Die Fasern kontaktieren sich vielfach: Fasern, die Impulse aufnehmen[2] werden berührt von vielen Fasern, die Impulse abgeben[3]. Im kindlichen Wachstum werden vor allem immer mehr Kontaktstellen[4] untereinander geschaffen. Dieses Wachstum wird durch eine stimulierende Umgebung gefördert. Kontakte, die wiederholt gebraucht werden, verstärken sich.[5] Ein waches Kind lernt fortwährend, es kann gar nicht anders.

Das reife Gehirn besitzt etwa 100 Milliarden Nervenzellen, welche durch 100 Billionen Synapsen eng miteinander verbunden sind. Davon liegt ein Zehntel im Cortex. Das heisst, dass jedes Neuron im Schnitt mit 1000 anderen Neuronen verbunden ist und somit im Prinzip jedes beliebige Neuron von jedem Startneuron aus in höchstens vier Schritten erreichbar ist.[6] Stellen Sie sich die Hirnrinde ausgebreitet vor, sie hätte dann etwa die Ausdehnung einer Serviette. Vergrößern Sie diese Serviette nun zu einem Teppich in der Ausdehnung eines Tennisplatzes. Die Maschen des Teppichs entsprechen dann cortikalen Funktionseinheiten, die wie Mannschaften zusammenarbeiten und sich gegen aussen verteidigen. Die Fasern in diesen Maschen – es hat Tausende in jeder Teppichmasche – entsprechen in dieser Auslegeordnung den Pyramidenzellen und ihren dichten, verfilzten Verästelungen.

Wie hat man sich Gedanken und Gefühle materiell vorzustellen? Der grosse Physiker Richard Feynman sah es so: Das Denken muss eine Art dynamisches Muster sein, nicht direkt verkörpert in einem Nervengewebe, eher darauf schwimmend, unabhängig davon. Der Clou also: Dieser Teppich ändert sein Muster gegen hundert Mal in der Sekunde. Der entspannte Bewusstseinszustand kann man sich wie Zufallsmuster vorstellen, wie ein TV-Schirm ohne Sender. Schiessen spezifische Sinnesimpulse hinein, schalten einzelne grössere Muster an und ab, unruhig wechselnd, aber kurzzeitig zusammenhängend. Auch entfernt liegende Musterungen können synchron, d.h. zusammenhängend entstehen und vergehen. Sie können sich das auch als Lichtermeer einer Millionenstadt vom Flugzeug aus vorstellen, die Lichter funkeln unzusammenhängend, schalten zufällig an und ab. Diese Stadt ist immer wach. In ihr gibt es auch weit verstreute Lichter eines Flugplatzes, die im Gegensatz zu allen andern Lichter synchron an und ab blinken. Das fällt sofort auf. Die im Takt spezifisch blinkenden Lichter sieht der Pilot ohne weiteres und kann dadurch den Landeplatz erkennen. Auf ähnliche Weise werden sich eine Beobachtung, ein Gedankensplitter, eine Gefühlstönung und eine Bewegungsabsicht auf der Hirnrinde als dynamisch-synchrone Muster der oben beschriebenen Teppichmaschen koordiniert abbilden.[7] Und die unablässige Folge solcher Lichter oder Formen mit einem kurzen zeitlichen Zusammenhalt entspricht dem bewussten Wahrnehmen. Eines Tages werden wir dies abbilden können, Ansätze dazu gibt es bereits.[8] Nach wie vor ist aber die subjektive Seite des Spiels wissenschaftlich nicht erklärt. Die jedem von uns am nächsten liegende Innenwelt, meine Empfindung von mir selbst und von der Umgebung, in der ich agiere, mein sich selbst bewusster Geist ist und bleibt ein Wunder. Wir geniessen diese Welt in der Literatur, in der Kunst und in der Musik. Seit 70 Jahren hat Sherringtons Webstuhl nichts von seinem Zauber eingebüsst !

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[1] C.S. Sherrington verglich 1940 das menschliche Gehirn mit einem Zauberwebstuhl, der in der Lage ist, eine sich schnell wandelnde Aussenwelt in einem Webmuster laufend abzubilden. Dieses dynamische Gewebe ist die Hirnrinde (Cortex). Sie schliesst als etwa 3mm dickes Nervengewebe das Gehirn gegen aussen ab. Nicht die Fasern an sich oder ihr Vernetzungsmuster ändern sich so schnell, aber die Farbgebung, so wie ein Film die Leinwand an jeder Stelle laufend umfärbt.
[2] Dendriten, auch Zellkörper; alle Fachwörter lassen sich bei Google oder Wikipedia im Internet bequem nachschlagen
[3] Axone
[4] Synapsen
[5] Hebb-Regel
[6] Soweit die Überschlagsrechnung – in der Realität gibt es eine Hierarchie der Verbindungen, bei welcher ein Bruchteil dieser Verbindungen den Ausschlag gibt: Online-Artikel http://biology.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0030068
[7] das Bindungsproblem kann damit erklärt werden
[8] Verfahren wie fMRI und insbesondere EEG/MEG und das optische NIRS werden den schnellen Musterveränderung am ehesten gerecht. fMRI kann bislang wesentlich unter 1s nicht auflösen, beim EEG/MEG werden 0.01s und schneller erreicht. Wenn das EEG während einer Hirnoperation am offenen Schädel direkt am Cortex mit Vielkanalelektroden abgeleitet wird, kommt man dem Ziel, den Zauberwebstuhl abzubilden, am nächsten. Siehe Lutz Jäncke:
Methoden der Bildgebung in der Psychologie und den kognitiven Neurowissenschaften, Kohlhammer, 2005, 235 S. m. 129 Abb. ISBN 3170184695