Die Evolution des Gehirns

Neuron

Es war ein sehr langer Weg bis sich die derzeit bekannteste und komplexeste Verdichtung von Materie im Universum bilden konnte.

Was ist das Gehirn eigentlich, bzw. was macht es? Es verarbeitet Informationen, die es in Form von elektrischen Impulsen, ausgelöst durch chemische Reaktion unserer Wahrnehmungsorgane, empfängt. Diese Signale werden in die entsprechend zuständigen Regionen weitergeleitet und dort verarbeitet. Sie durchlaufen eine unendlich komplex vernetzte Struktur - das neuronale Netzwerk - bei der jeder Verbindungspunkt ein Neuron ist und nach bestimmten Regeln und je nach Verbindung das eintreffende Signal weiterleitet oder auch nicht weiterleitet.

Aber woher kommt es? War es schon immer da? Nein! Die erste Form der Signalverarbeitung begann schon bei den Bakterien. Diese haben Empfangsmoleküle (Rezeptoren) in der Zellwand, die bei Stimulation (chemische Prozesse) mit der Außenwelt zu Handlungsentscheidungen der Bakterie führen kann. Die Bakterie kann sich dadurch zu einer Futterquelle hin bewegen oder sich von Giftstoffen entfernen. Natürlich ist sich die Zelle nicht bewusst darüber und kann demnach nicht selbst entscheiden, aber die erlangte Fähigkeit ist evolutionär vorteilhaft, denn sie kann dadurch besser Nahrung finden und stirbt nicht bei der ersten giftigen Substanz in der Nähe. Also hat sich die Fähigkeit, von außen stammende Informationen zu interpretieren, durchgesetzt.

Daraus bildeten sich später die Nervenzellen (Neurone), die ursprünglich in der äußeren Hautschicht unmittelbar der Umgebung ausgesetzt waren und sich darauf spezialisierten, Reize zu empfangen und weiterzuleiten.

Das Spiel des Lebens

Es gibt eine spielerische Veranschaulichung davon, wie solche Rezeptoren möglicherweise funktionieren. Und zwar durch das „Spiel des Lebens“ oder auch „Game of Life“ von John Conway einem Cambridge-Mathematiker. Sein Spiel besteht aus einem beliebig großen Gitternetzt mit lauter Quadraten. Jedes Quadrat entspricht einer Zelle, die entweder aktiv oder inaktiv ist. Pro Zeiteinheit (Takt) ändert sich der Aktivitätszustand jeder Zelle nach klar definierten Regeln:

  • Gilt für aktive Zellen
    • Jede aktive Zelle mit <= 1 aktiver Nachbarzellen wird ebenfalls inaktiv
    • Jede aktive Zelle mit >= 4 aktiven Nachbarzellen wird ebenfalls inaktiv
    • Jede aktive Zelle mit genau 2 oder 3 aktiven Nachbarzellen bleibt aktiv
  • Gilt für inaktive Zellen
    • Jede inaktive Zelle mit genau 3 aktiven Nachbarzellen wird selber aktiv


Die Anwendung der Regeln entspricht der Signalweiterleitung von Neuron zu Neuron über deren Verbindungen. Dadurch verändert sich aus jeder beliebigen Anfangskonfiguration der Zustände bei jedem Takt das Gesamtbild und kann zu sehr faszinierenden Formen führen. Dabei kann man schön sehen, dass wenige Anfangssignale zu einer sehr hohen Aktivität führen können und so ein kleines Inputsignal sich viral durch das Netz bewegen kann und zu einer Informationsflut wird.

Der Mensch

Der Mensch hat diese Signalverarbeitung dann nach Millionen von Jahren der Evolution zur Spitze getrieben. Schon lange diente das Gehirn nicht mehr nur der Echtzeit-Reaktion auf Wahrnehmung der aktuellen Umwelt. Es diente auch als Wissensspeicher und Erlerntes konnte auf neue Situationen angewandt werden. Irgendwann konnten wir aus einer Fülle von Möglichkeiten wählen um auf eine eintretende Situation zu reagieren, wir konnten uns sogar vorbereiten, weil wir eine kommende Situation erwarten bevor sie da ist.

Ab diesem Zeitpunkt trat leider auch die Dummheit auf den Plan, denn Dummheit kann nur existieren, wenn die Möglichkeit einer „besseren/schlaueren“ Handlung als Option bestand, sie aber nicht gewählt wurde. Mehr über die Evolution des Gehirns findet ihr hier.

Diese „Fähigkeiten“ bzw. die Wissenssammlung wurden dann durch Vererbung und durch Beibringen an neue Generationen weitergegeben. Dadurch musste nicht jedes Individuum bei Null anfangen und das Gehirn hat sich stetig weiterentwickelt. So weit, dass wir infrage stellen können wie unser „Geist“ tatsächlich funktioniert und wie wir die einzelnen Prozesse bis auf Naturgesetzte runterbrechen um die Funktion nachzubilden und sie zu unserem Nutzen einsetzen können. Hier sind wir bei dem aktuell gehypten Thema Künstliche Intelligenz (KI) angekommen, was nichts anderes ist, als die Funktionsweise unseres Gehirns nachzubilden.

Das Human Brain Project

Das Team des Human Brain Projects (HBP) hat sich genau das zur Aufgabe genommen, das komplette menschliche Gehirn virtuell nachzubilden. Forscher aus 23 Ländern versuchen, in der weltweit detailliertesten Computersimulation das menschliche Gehirn und seine Funktionsweise zu kopieren. Daran arbeiten Neurowissenschaftler, Ärzte, Informatiker, Physiker, Mathematiker und Computerspezialisten um alle Aspekte zu berücksichtigen. Das Vorhaben wird von der Europäischen Union im Rahmen ihrer FET-Flagship-Initiative unterstützt.

Ziel ist es, das Gehirn und dessen Arbeitsweise besser zu verstehen. In Zukunft verspricht man sich davon zum einen unbeschwert Medikamente testen zu können und zum anderen nach dessen Vorbild leistungsstärkere und energieeffizientere Computer bauen zu können, denn das menschliche Gehirn verbraucht weniger Energie als eine 60 Watt Glühbirne. Leider reicht die Rechenpower heutiger Supercomputer bei weitem nicht aus um diesen enormen Rechenaufwand zu bewältigen. Jedoch können zukünftige Generationen, möglicherweise schon durch Unterstützung von Quantencomputern, diese Datenmengen bewältigen und die Funktionsweise unseres eigenen Denkapparates offenbaren.