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Schule > Biologie > Menschen > Gehirn und Nervensystem > Facharbeit über das menschliche Gehirn, Schwerpunkt Spiegelneuronen

Das menschliche Gehirn

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

In dieser Facharbeit werde ich mich auf den folgenden Seiten sowohl mit Spiegelneuronen im einzelnen, als auch mit Autismus im Zusammenhang mit Spiegelneuronen befassen.
Ich wählte dieses Thema aufgrund von sehr interessanten und informativen Artikeln in verschiedenen wissenschaftlichen Zeitungen, welche sich auch später noch als gute Quellen herausstellten. Gerade die Aktualität und die immer neuen Möglichkeiten, welche die Forschung auf diesem Gebiet der Wissenschaft eröffnet, reizte mich dieses Thema für meine Facharbeit auszuwählen. Und dies Obwohl ich eigentlich zuvor ein anderes Thema für die Facharbeit in die engere Wahl gezogen hatte.
Um einen möglichst guten Einblick in dieses Thema zu gewährleisten, befasse ich mich zunächst einmal mit den grundlegenden Bau- und Funktionseigenschaften des Gehirns. Davon erhoffe ich mir, es für jedermann verständlich machen zu können.

2. Bau und Funktion des Gehirns

2.1 Allgemein:

Das menschliche Gehirn besteht zu ca. 80% aus Wasser, die weiteren 20% bestehen überwiegend aus fettähnlichen Substanzen sowie Eiweißverbindungen. Damit bringt das Gehirn eines ausgewachsenen Menschen um die 1300g auf die Waage.
Um ein schnelles Verbindungssystem von Nervenfasern im Rückenmark sowie im Großhirn zu ermöglichen, bilden Gliazellen eine schnell leitende Hülle um die Axone von Neuronen. Diese nennt man auch Myelinscheiden. Sie bestehen zu 80% aus Lipiden und zu 20% aus Proteinen, was die Bedeutung von Lipiden im menschlichen Gehirn unterstreicht. In jedem menschlichen Gehirn befinden sich zwischen 30 und 100 Milliarden Neuronen. Die eben genannten Gliazellen erfüllen des weiteren eine Stütz, Schutz- und Ernährungsfunktion für Nervenzellen.

2.2 Bestandteile und ihre Funktion:

Am menschlichen Gehirn lassen sich insgesamt fünf Abschnitte unterscheiden:
1. Das Endhirn (Telencephalon), besser bekannt als Großhirn, ist in zwei Hemisphären (Hälften) eingeteilt, welche mittels des Balkens in Verbindung stehen. Durch Auffaltungen und Furchenbildung bildet die Großhirnrinde (3eine verhältnismäßig große Oberfläche.4 Die linke Hemisphäre ist überwiegend bei analytischen Denkprozessen aktiv, die rechte bei kreativen Denkprozessen.5
Grundsätzlich übernimmt das Großhirn Prozesse des bewussten Denkens, und damit auch die Verarbeitung von eintreffenden Informationen aus den Sinnesorganen. Dabei lassen sich verschiedene Aktionen an verschiedenen Stellen des Großhirns lokalisieren. So übernehmen die sogenannten sensorischen Felder sowohl die Aufgabe der Aufnahme von Sinnesinformationen, als auch deren bewusste Auswertung. Von den motorischen Feldern aus werden unsere Bewegungsabläufe gesteuert. Mehrere Informationen werden in den Assoziationsfeldern verknüpft.
Innerhalb dieser Felder lassen sich verschiedene Aktionen an verschiedenen (sogenannten) Lappen lokalisieren. Das Sehzentrum befindet sich somit beispielsweise im Okzipitallappen, und das Hörzentrum im Temporallappen. Natürlich arbeitet insgesamt aber alles miteinander.
2. Das Zwischenhirn. Dieses filtert unbewusst den Informationsfluss eingehender Sinnesinformationen. Damit wird einer Überlastung des Großhirns vorgebeugt. Diese Aufgabe wird vom Thalamus übernommen.4 Über den Hypothalamus nimmt das Zwischenhirn Einfluss auf die Regulierung von verschiedenen Körperfunktionen, wie beispielsweise die der Körpertemperatur.6 Gefühle wie Angst, Wut aber auch Freude haben ebenso ihren Ursprung im Zwischenhirn. Grundsätzlich laufen über das Zwischenhirn genetisch vorgegebene Programme ab. Beispielsweise bei einem Huhn wird durch die Lokalisierung eines Bodenfeindes ein bestimmtes Schutzprogramm in Form von picken aktiviert.
3. Das Mittelhirn. Dieses ist ähnlich dem Rückenmark aufgebaut. Es steht in Verbindung mit anderen Gehirnteilen, und kontrolliert lebenswichtige Körperfunktionen wie Reflexe (z.B. husten, wenn etwas in die Luftröhre gelangt).
4. Das sogenannte Kleinhirn verarbeitet motorische Informationen so, dass wir in der Lage sind, kontrollierte und koordinierte Bewegungen zu machen. Zudem verarbeitet es Informationen aus dem Innenohr zur Lagebestimmung.
5. Im Nachhirn, welches aus einer Verlängerung des Rückenmarks besteht, werden grundlegende Dinge wie beispielsweise Lungenaktivität , der Herzschlag , aber auch wie schon im Mittelhirn Reflexe, kontrolliert.1
Neue Neurone im Gehirn gefunden

3.1 Geschichte der Spiegelneurone

Die Geschichte der Spiegelneurone hat ihren Anfang in einem bloßen Zufall dreier Neurophysiologen (Giacomo Rizzolatti, Vittorio Gallese und Leonardo Fogassi ). Zu Beginn der 1990er Jahre untersuchen diese im norditalienischen Parma, wie in einem Säugetiergehirn ein Bewegungsplan erstellt wird. Dazu massen sie die verschiedenen Aktivitäten von Nervenzellen bei einem Makakenäffchengehirn. Während, beziehungsweise kurz bevor, dieses nach Nahrung wie Obst greift, zeigten einige Elektroden, die zuvor in den Bereich des Gehirns, welches für die Planung und den Beginn einer Handlung zuständig ist (untere teil des prägmotorischen Cortex/F5), eine erhöhte Aktivität an.
Nun geschah es, dass einer der Neurophysiologen (Leonardo Fogassi) in Verbindung mit bevorstehenden weiteren Messungen selbst nach dem Obst griff. Obwohl das Äffchen selbst keine aktive Handlung ausführte, schlugt das Messgerät aus. Alleine dadurch, dass das Makakenäffchen den Forscher beobachtete zeigte der Teil des Gehirns, welcher für gewöhnlich eigene Handlungen plant und anstößt, erhöhte Aktivität!
Diese Entdeckung legt den Schluss nahe, dass endlich Nervenzellen gefunden wurden, die eine lang vermutete Verbindung zwischen Beobachtungen und nachahmenden Handlungen bestätigt.

3.2 Lage und Funktion der Spiegelneurone im Gehirn

Erstmals wurden Spiegelneurone in der Großhirnrinde, genauer gesagt im prämotorischen Cortex, bei Makakenäffchen festgestellt. Der prämotorische Cortex ist, wie die Übersetzung Prä= vor, motorisch= Bewegung und Cortex= Großhirnrinde zeigt, geografisch gesehen vor dem motorischen Zentrum auf der Großhirnrinde zu l lokalisieren. Um zu erklären wieso, die Spiegelneurone genau an dieser Stelle im (7 Gehirn zu finden sind, möchte ich erst einmal das Zusammenspiel von motorischem und prämotorischem Zentrum anhand eines Beispiels erläutern:
Wenn man feststellen möchte, ob eine Herdplatte bereits warm genug ist um die Pfanne aufzusetzen. Nun erstellt das motorisches Zentrum einem Plan nachdem wir dem Arm über die Herdplatte ausstrecken. Da die Herdplatte schon warm ist, nehmen unsere Finger, die sich Richtung Herdplatte bewegen erhöhte Wärme war. Diese Sinnesinformation (es wird wärmer je näher ich an die Platte komme) wird vom prämotorischen Zentrum aufgenommen und so verarbeitet, dass wir unsere Hand nur noch langsam nähern bzw. die Bewegung ganz zum Erliegen kommt. Damit wird eine aktuelle Sinnesinformation durch das prämotorische Zentrum in eine vom motorischen Zentrum angeleitete Aktion eingefügt.
Mit diesem Hintergrund wird klar, dass es nur logisch ist, dass Spiegelneuronen in eben diesem (prämotorische Zentrum) anzutreffen sind. Denn nur so können sie ihre Funktion des Nachahmens erfüllen.
Nur wenn sie in Bereichen des Gehirns liegen, welche ebenso für eigene Bewegungsabläufe zuständig sind, ist zu erklären, dass durch ihre Aktivität bei bloßer Beobachtung nachahmende Handlungen die Folge sein können. Ebenso ist so die Vermutung vieler Wissenschaftler zu erklären, dass uns Spiegelneurone erlauben, fremde Absichten nachzuvollziehen.

3.3 Eigenarten von Spiegelneuronen und ihre Folgen

Allerdings bedeutet dies nicht, dass Spiegelneuronen ausschließlich im prämotorischem Cortex vorhanden sind. Im Gegenteil, sie wurden weit verteilt in beiden Hirnhälften gefunden, was darauf schließen lässt, dass sie auch in anderen Hirnarealen wichtige Assoziationsaufgaben übernehmen.
Durch weitere Versuche fanden Forscher heraus, dass manche Spiegelneurone im Gehirn eines Makakenäffchens schon aktiv werden, sobald nur Geräusche wahrgenommen werden (knacken einer Nuss). Diese Neuronen werden als audiovisuelle Spiegelneuronen bezeichnet.
In einem Versuch, sieht der Makake erst wie jemand nach einem für ihn begehrenswerten Leckerbissen greift und an sich nimmt. Die Spieglelneurone sind jetzt voll aktiv.
Dann greift jemand ein zweites mal nach dem Objekt , die weitere Handlung ist aber durch einen Sichtschirm für den Makaken verdeckt. Dennoch ist die Hälfte der Spiegelneurone im prämotorischen Cortex (F5) aktiv.
Findet der gleiche Versuch nur mit einem für den Makaken nicht begehrenswerten Objekt , oder sogar mit nichts, statt (Griff ins Leere) wird keine Reaktion der Spiegelneuronen gemessen.
Daraus folgern Forscher, dass Spiegelneurone, wie sie schon von Anfang an vermuteten, für das Begreifen von Verhaltensweisen zuständig sind. Ob wir dann durch das Begreifen mittels Spiegelzellen auch tatsächlich nachahmende Verhaltensweisen an den Tag legen können, bleibt ungeklärt.

4. Siegelneurone und Autismus

4.1 Autismus Allegemein

Autismus ist im allgemeinen eine unheilbare Krankheit deren Hauptmerkmale fehlende soziale Kompetenzen und fehlendes Einfühlungsvermögen sind. Dabei sind die eben genannten Auffälligkeiten abgestuft , und reichen von kaum ausgeprägt, eher schüchtern wirkenden Persönlichkeiten bis hin zu Persönlichkeiten, welche aufgrund von fehlenden Eigenschaften für soziale Interaktionen, kaum dazu in der Lage sind einem normalen Gespräch zu folgen, geschweige denn Blickkontakt zu halten.10

4.2 Autismus bedingt durch Fehlfunktion von Spiegelneuronen?

Seit langem versuchen Forscher herauszufinden welche Ursachen Autismus hat. Dabei lassen sich psychologische und anatomische Erklärungsansätze unterscheiden. Durch Forschungen fand man heraus, dass das Kleinhirn abnormal arbeitet. Somit könnte man zu dem Schluss kommen, dass eine Abnormalität im Kleinhirn die Ursache für die typisch autistischen Verhaltensweisen sind.
Vergleicht man allerdings die Symptomatik von Patienten welche auf andere Weise eine Schädigung des Kleinhirns bekommen haben(z.b. Schlaganfall), mit der von Autisten, so fällt auf, dass beispielsweise ein Schlaganfall-Patient keinerlei für Autismus charakteristischen Symptome zeigt.
Eine Erklärung dafür könnte die Theorie von Uta Frith und Simon Baron-Cohen geben. Nach ihrer Theorie liegt der Knackpunkt bei Autismus in den Spiegelneuronen.
Wie oben bereits beschrieben sind Spiegelneurone nicht nur bei aktiven selbstständigen Handlungen aktiv, sondern auch bei der bloßen Beobachtung. Aller Vorraussicht nach ermöglichen uns auf diese Weise die Spiegelneuronen, dass wir uns durch eine Art gedankliche Simulation in andere Menschen hineinversetzen können. Forscher nennen diese Fähigkeit des Hineinversetzens eine theory of mind erstellen. Kann ein Mensch also keine theory of mind konstruieren, wäre eine naheliegende Schlussfolgerung, dass die Ursache dafür bei einem Fehler in den Spiegelneuronen liegt.
Scheinbar sorgen Spiegelneurone dafür, dass wir eine theory of mind konstruieren können, genau die Funktionen welche bei Autisten gestört sind. Somit wäre die Fehlfunktion von Spiegelneuronen eine mögliche und logische Erklärung für das Krankheitsbild von Autisten.

4.3 My- Wellen

Um die Theorie, dass eine Fehlfunktion von Spiegelneuronen die Hauptursache für Autismus ist zu untermauern bedienten sich die Forscher der My- wellen Unterdrückung.
Durch äußere Messfühler werden die Hirnwellen von Versuchskindern mit Autismus und ohne Autismus über ein Elektroenzephalogramm(EEG) aufgezeichnet. Die My-Wellen sind eine Komponente des EEG und werden durch Muskelbewegungen des Probanten unterdrückt.
Bei einem nicht autistischen Kind stellte man sowohl wenn es selbst seine Hand bewegte (willkürliche Muskelbewegung), als auch wenn es nur dieselbe Bewegung auf einem Bildschirm zu sehen bekommt, eine deutliche My-Wellen Unterdrückung fest.
Bei Kindern mit Autismus fand eine deutliche My- Wellenunterdrückung nur bei der eigenen Bewegung, nicht aber bei einer auf dem Bildschirm gezeigten statt.
Fazit: Dieser Versuch, sowie noch weitere unabhängige Versuche welche zu dem gleichen Ergebnis kommen, scheinen die Theorie, dass eine Fehlfunktion von Spiegelneuronen Schuld ist, zu bestätigen. Diese Ergebnisse ermöglichen schnellere Diagnosetechniken beispielsweise über die My-Wellen Methode. Damit könnten die Symptome von Autismus schon bei Kleinkindern festgestellt, und daraufhin mittels Verhaltenstherapie therapiert werden. Dabei ist es wichtig zu wissen, dass Verhaltenstherapie meist mehr Erfolge zeigt, je früher man damit beginnt.

4.4 Therapieansätze basierend auf der Spiegelneuronen Theorie

Basierend auf den Forschungen rund um Spiegelneurone könnte man durch Biofeedback versuchen, die Symptome von Autismus wenigstens zu lindern.
Bei dieser Methode würde man die My-Wellen eines autistischen Kindes auf einen für das Kind sichtbaren Monitor leiten. Sofern die Funktion der Spiegelneuronen nicht ganz verloren ist, könnte das Kind lernen die My-Wellen auf dem Bildschirm wieder zum richtigen Zeitpunkt zu unterdrücken.
Ein weiterer Therapieansatz geht davon aus, dass das Fehlverhalten der Spiegelneurone auf einem chemischen Ungleichgewicht basiert. Dabei denkt man , dass verstärkende Neuromodulatoren (verstärken die Aktivität der Spiegelneurone), welche bei gesunden Menschen Emotionen hervorrufen, bei Autisten nur mangelhaft vorhanden sind, wodurch ein fehlendes Einfühlungsvermögen resultiert. Würde man nun den Kindern einen Stoff zuführen welcher, stimulierend auf die Spiegelneurone wirkt, könnte dies die Symptome lindern. Ein Ansatz für ein solches Medikament ist Ecstasy (MDMA).
Dabei sind die genannten Therapieansätze bestenfalls vielversprechende Ansätze, welche zwar die Verhaltenstherapie ergänzen könnten, nicht aber ersetzen.11

5. Schlussbemerkung

Alles in Allem komme ich zu dem Schluss, dass das Fachgebiet Spiegelneurone ein sehr großes Thema ist, welches viel Raum für weitere Forschungen gibt.
Insbesondere Therapiemöglichkeiten für Krankheiten wie Autismus, aber auch andere krankhafte Schäden an Spiegelneuronen (beispielsweise durch Schlaganfälle) werden in Zukunft weiterentwickelt und mehr und mehr eine wichtige Rolle für die Betroffenen einnehmen. Schon heute geben Spiegelneurone eine Erklärung für viele bislang unerklärbare Dinge wie Mitgefühl. So ist davon auszugehen, dass viele ihrer Funktionen noch unentdeckt sind, und noch einige für uns Menschen wichtige und nutzbare Erkenntnisse bereithalten.

6. Literaturverzeichnis

Schriftliche Quellen	Internet Quellen
Biologie Pocket Teacher ABI, Dr. Walter Kleesattel, Cornelsen Verlag, 2000 Berlin	http://www.buerlecithin.de/images/layout/rechtsgrafik/Gehirn.jpg
Der blinde Spiegel Autismus , Vilayanur S. Ramachandran und Lindsay M. Oberman, Spektrum der Wissenschaft, April 2007	http://hubert-brune.de/grafiken/gehirn_grosshirn_felder.jpg
Fit Fürs abi Biologie Wissen, Michael Walory und Karlheinz Uhlenbrock, Schroedel Verlag, 2006 Braunschweig	http://www.merian.fr.bw.schule.de/Beck/Skripten/12/bs12-41.htm
Spiegel im Gehirn , Giacomo Rizzolatti, Leonardo Fogassi und Vittorio Gallese, Spektrum der Wissenschaft, März 2007	http://de.wikipedia.org/wiki/Autismus
Spiegelneurone Katjy Gaschler Gehirn&Geist, 10/2006	http://de.wikipedia.org/wiki/Hypothalamus

7. Erklärung über die selbstständige Anfertigung der Facharbeit

„Ich erkläre, dass ich die Facharbeit ohne fremde Hilfe angefertigt und nur die im Literaturverzeichnis angeführten Quellen und Hilfsmittel benutzt habe“

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