Begeben Sie sich mit diesem Leitfaden für Einsteiger auf eine Reise durch die faszinierende Welt der Neurowissenschaften. Lernen Sie die Grundlagen der Gehirnfunktion, zentrale Konzepte und grundlegende Forschungsmethoden kennen, die unser Verständnis des Nervensystems prägen.

Einführung in die Neurowissenschaften

Die Neurowissenschaft befasst sich mit dem Gehirn. Das Gehirn ist wohl das komplexeste und verworrenste System, das es gibt – es verarbeitet und erzeugt nahezu jeden Aspekt unserer bewussten Wahrnehmung. Das Gehirn ist nicht bloß ein weiteres Organ in unserem Körper – wir sind unser Gehirn. All das bedeutet: Es ist ziemlich wichtig.

Im Laufe der Jahre haben Neurowissenschaftler versucht, die Komplexität des Gehirns zu entschlüsseln und seine Feinheiten zu entwirren, um es besser zu verstehen und dadurch auch uns selbst besser zu verstehen.

Die moderne Neurowissenschaft begann gegen Ende des 19. Jahrhunderts mit der Entdeckung der Neuronen (mehr dazu weiter unten), doch die erste dokumentierte Untersuchung des Gehirns lässt sich auf eine Hieroglyphe im alten Ägypten zurückführen. Ein Arzt jener Zeit hielt eine Liste von Kopfverletzungen fest, führte mögliche Heilmittel auf und prägte damit den ersten bekannten Begriff für „Gehirn“.

Zwar dauerte es eine Weile, bis man vom „Gehirn“ zum „Nervenzell“ gelangte, doch seitdem sind die Fortschritte im Wissen schneller und häufiger geworden. Im Folgenden werden wir die wichtigsten Bestandteile der modernen Neurowissenschaften durchgehen.

Was genau ist Neurowissenschaft?

Die Neurowissenschaft ist eine Verschmelzung von medizinischen, evolutionären und computergestützten Disziplinen, die ein tieferes Verständnis dafür ermöglicht, wie die mehr als 85 Milliarden Nervenzellen im menschlichen Gehirn entstehen, wie sie wachsen und sich miteinander vernetzen, um menschliche Gedanken und Handlungen zu ermöglichen.

Grundlegende Fakten zum Gehirn

Das Gehirn besteht aus mehreren eigenständigen Teilen: vor allem aus dem Großhirn, dem Hirnstamm und dem Kleinhirn. Das Großhirn besteht aus sechs Hirnarealen, die sich über beide Hemisphären erstrecken. Vier dieser Bereiche sind von außen sichtbar (siehe Abbildung oben) – der Frontallappen, der Parietallappen, der Okzipitallappen und der Temporallappen. Die beiden anderen Lappen, der limbische Lappen und der Insullappen, befinden sich im Großhirn.

Der äußerste Teil des Großhirns wird als Kortex (oder manchmal auch als Neokortex) bezeichnet. Dieser besteht aus einer Schicht von Nervenzellen, die alle Hirnlappen umhüllt und etwa 1,5 bis 3 mm dick ist.

Neuronen sind die wichtigsten Kommunikationsvermittler des Gehirns – sie sind daran beteiligt, Signale von einer Region zur anderen zu senden und letztlich Handlungen auszulösen, Erinnerungen zu speichern und abzurufen sowie das Erlebnis zu schaffen, einfach lebendig zu sein. Eine dichte Ansammlung von Neuronen findet sich in der Großhirnrinde sowie in anderen Bereichen des limbischen Systems und des Insularis. Neuronen senden die Botschaften, und eine Vielzahl anderer Zellen – sogenannte Gliazellen – unterstützen und erleichtern diese Kommunikation.

Zu den wichtigsten und am besten erforschten Bereichen des Gehirns gehören:

Der frontale Kortex (der sich ganz vorne im Frontallappen befindet) spielt eine Rolle bei einer Reihe kognitiver Funktionen, darunter Aufmerksamkeit, Entscheidungsfindung, die Planung komplexer Verhaltensweisen und die Steuerung sozialer Handlungen. Dies wird üblicherweise als exekutive Funktion bezeichnet.
Der mittlere Teil des Gehirns (im Parietallappen, etwa direkt hinter der Grenze zum frontalen Kortex) ist sowohl an der motorischen Verarbeitung (dem Tastsinn) als auch an der motorischen Koordination (Bewegung) beteiligt. Dies sind zwar nicht die einzigen Gehirnbereiche, die an diesen Prozessen beteiligt sind, aber sie spielen dabei die Hauptrolle.
Der okzipitale Kortex ist an der Wahrnehmung beteiligt – er besteht aus vielen verschiedenen Schichten, von denen jede eine andere Komponente der visuellen Wahrnehmung der Welt verarbeitet.
Die Temporallappen werden vor allem wegen ihrer Bedeutung für die Sprache diskutiert – in der linken Gehirnhälfte befinden sich der Wernicke- und der Broca-Bereich, die jeweils für das Sprachverständnis und die Sprachproduktion zuständig sind (die Sache ist zwar etwas komplexer, als es hier dargestellt wird, doch das allgemeine Konzept trifft zu).
Im Gehirn gibt es noch einige weitere Regionen, die von Bedeutung sind, darunter die Basalganglien (eine Gruppe von Regionen, die an der Auswahl von Handlungen beteiligt sind), die Hippokampi (die an der Gedächtnisverarbeitung beteiligt sind) und die Amygdalae (die an der Verarbeitung von Angst beteiligt sind).

Es gibt viele weitere wichtige und faszinierende Bereiche des Gehirns, die je nach Betrachtungsweise immer spezialisierter erscheinen (zum Beispiel das „Großmutter-/Jennifer-Aniston“-Neuron), doch auf jeden einzelnen einzugehen, würde den Rahmen dieses Beitrags sprengen. Wichtig ist nicht so sehr, woher eine bestimmte Handlung zu stammen scheint, sondern dass jede Handlung von mehreren Komponenten des Gehirns gesteuert wird – kein Gedanke und keine Handlung ist eine Insel.

Teilebereiche der Neurowissenschaften

Die Neurowissenschaften umfassen viele verschiedene Teilgebiete – von der computergestützten über die pharmakologische bis hin zur molekularen Neurowissenschaft und weit darüber hinaus. Im Folgenden werden wir zwei der gängigsten Teilgebiete erläutern: die kognitive und die Verhaltensneurowissenschaft.

Kognitive Neurowissenschaft

Die kognitive Neurowissenschaft befasst sich mit der wissenschaftlichen Erforschung der biologischen Grundlagen von Kognition und mentalen Prozessen und geht Fragen nach, wie sich psychologische bzw. kognitive Funktionen in der neuronalen Aktivität des Gehirns widerspiegeln.

Zu den typischen Methoden der Datenerhebung, die von kognitiven Neurowissenschaftlern eingesetzt werden, gehören funktionelle Bildgebung (fMRT, PET), Elektroenzephalografie (EEG), Verhaltensgenetik und Läsionsstudien.

Verhaltensneurologie

Im Gegensatz dazu befasst sich die Verhaltensneurologie (auch als Biopsychologie bekannt) mit dem Einfluss des Nervensystems auf Aufmerksamkeit, Wahrnehmung, Motivation, Leistungsfähigkeit, Lernen und Gedächtnis sowie deren Ausprägungen im menschlichen Verhalten. Studien im Bereich der Verhaltensneurologie konzentrieren sich auf die Wechselwirkung zwischen Gehirn und Verhalten in realen oder simulierten Umgebungen.

Lesen Sie dazu: Was ist Neuropsychologie?

Das Nervensystem und das Gehirn

Der Körper ist über ein komplexes Geflecht aus Zellen und Nerven mit dem Gehirn verbunden, das Informationen zwischen Gehirn, Rückenmark, Organen und Gliedmaßen hin und her überträgt.
Das Gehirn und das Rückenmark bilden zusammen das zentrale Nervensystem (ZNS), da sie alle eingehenden Informationen von Sensoren und Effektoren integrieren und die Aktivität des Körpers steuern.

Im Gegensatz dazu umfasst das periphere Nervensystem (PNS) das somatische und das autonome Nervensystem, die für die willkürliche Steuerung der Skelettmuskulatur sowie für die unwillkürliche Regulierung von Körperfunktionen wie Herzfrequenz, Verdauung, Atmung, Pupillenreaktion, Harnabgang und sexuelle Erregung zuständig sind.

Weiterlesen: Eine Einführung in das sympathische und parasympathische Nervensystem

Obwohl sich das PNS vom ZNS unterscheidet, gibt es zahlreiche Wechselwirkungen zwischen den beiden Systemen. Es kann daher aufschlussreich sein, die Funktionsweise eines der Systeme zu untersuchen, um mehr über das andere zu erfahren.

Grundbegriffe der Neurowissenschaften

Laut der Society for Neuroscience bilden die folgenden „Grundbegriffe der Neurowissenschaften“ die wesentlichen Prinzipien dieser faszinierenden Disziplin:

Das Gehirn ist das komplexeste Organ des Körpers.
Neuronen kommunizieren sowohl über elektrische als auch über chemische Signale.
Genetisch bedingte Schaltkreise bilden die Grundlage des Nervensystems.
Lebenserfahrungen verändern das Nervensystem.
Intelligenz entsteht, wenn das Gehirn logisch denkt, plant und Probleme löst.
Das Gehirn ermöglicht es, Wissen durch Sprache zu vermitteln.
Das menschliche Gehirn hat uns mit einer natürlichen Neugier ausgestattet, die uns dazu bringt, verstehen zu wollen, wie die Welt funktioniert.
Grundlegende Entdeckungen tragen zu einem gesunden Leben und zur Behandlung von Krankheiten bei.

Die wichtigsten Forschungsbereiche, in denen die Neurowissenschaften Anwendung finden

Die Anwendung der Neurowissenschaften hat in verschiedenen Forschungsbereichen stark zugenommen. Laut „Frontiers in Neuroscience“ sind die zehn wichtigsten Forschungsbereiche:

Psychiatrie
Physiologie
Verhaltenswissenschaften
Pharmakologie, Pharmazie
Biochemie, Molekularbiologie
Psychologie, Endokrinologie, Stoffwechsel
Radiologie, Nuklearmedizin, medizinische Bildgebung
Augenheilkunde
Zoologie
Immunologie
Geriatrie, Gerontologie

Das soll nicht heißen, dass die Neurowissenschaften keinen Einfluss auf kommerzielle Anwendungen hätten; in Bereichen wie UX, Mensch-Maschine-Interaktion, Verbraucherverhalten und Neuromarketing. Immer mehr kommerzielle Anwendungsfälle nutzen das Potenzial der Neurowissenschaften, um sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.

Weiterlesen: Konsumenten-Neurowissenschaft [Einführung & Beispiele] – Das Verbraucherverhalten verstehen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Neurowissenschaften mit allen Fragen befassen, die die Funktionen und Abläufe des Gehirns betreffen – sowohl vor als auch während und nach dem Entstehen eines Gedankens oder einer Handlung.

Neurowissenschaftler auf der ganzen Welt sind ständig bestrebt, ihr Verständnis und ihr Wissen über die Strukturen und Funktionen des Gehirns zu vertiefen und dabei immer zuverlässigere und valide Forschungsmethoden zu entwickeln. Das oberste Ziel dabei ist es, ein besseres Verständnis dafür zu gewinnen, wer wir sind, und gleichzeitig das Gesundheitswesen und die Medizin in die Lage zu versetzen, neue Techniken und Behandlungsmethoden zu entwickeln, um Hirnerkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson zu lindern, ihnen entgegenzuwirken oder sie sogar zu heilen.

Auch wenn heute mehr neurowissenschaftliche Studien durchgeführt werden als je zuvor, stehen wir noch ganz am Anfang, wenn es darum geht, das volle Ausmaß dessen aufzudecken, wozu das menschliche Gehirn tatsächlich fähig ist.

Bei iMotions bieten wir ein Rahmenkonzept für die Erfassung mehrdimensionaler verhaltensbezogener und kognitiver Biosignale, um die faszinierende Komplexität des menschlichen Nervensystems zu entschlüsseln und Ihnen die Beantwortung der Forschungsfragen von heute und morgen zu ermöglichen. Entdecken Sie hier die besten Softwareprodukte für die Neurowissenschaften.

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