Bewusstsein und Gehirn

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Wie sich Bewusstsein beim Kind entwickelt

Während der Entwicklung des Kindes lassen sich die Fortschritte bei der Erweiterung des Bewusstseins gut beobachten. Die Fähigkeit der Selbsterkennung im Spiegel, die als Zeichen der Selbstreflexion angesehen wird, entwickelt sich im Alter von etwa 18 Monaten [9]. Die Zeichen eines niedrigeren Bewusstseinszustands sind jedoch bereits bei und kurz nach der Geburt erkennbar: die Augen folgen zunehmend einem „interessanten“ Bild; Emotionen (auch diejenigen anderer Säuglinge) beeinflussen zunehmend den Stimmungsausdruck (siehe hier). Wie weit vorgeburtlich bereits ein rudimentäres Bewusstsein auftaucht, ist nicht bekannt. Das kindliche Bewusstsein wird durch die zunehmende Erfahrung rasch reicher und übersteigt in vieler Hinsicht bereits innerhalb der ersten 3 Lebensjahre den Reichtum des bei Tieren erkennbaren Bewusstseins.

Aufmerksamkeit: ein Schlüssel zum Bewusstsein

Für die Forschung über das Bewusstsein haben Aspekte der Aufmerksamkeit eine besondere Bedeutung erlangt. Aufmerksamkeit beeinflusst praktisch alles bewusste menschliche Verhalten, von der einfachen Wahrnehmung bis hin zur komplexen Erkennung von Zusammenhängen und von Emotionen.

Eine Einteilung differenziert die Aufmerksamkeit in eine „interne“ Aufmerksamkeit, die nach innen gerichtet ist, und eine „externe“ Aufmerksamkeit, die auf äußere Reize und den Kontakt mit der Umwelt gerichtet ist.

Nicht alle Formen der Aufmerksamkeit sind mit derselben Art von Bewusstsein assoziiert. Schematisch können drei Aufgabenschwerpunkte des externen Bewusstseins differenziert werden [10]:

  • Alarmierung: sie dient der Sensibilisierung gegenüber Eingangsreizen,
  • Orientierung: sie dient der Selektionierung von Eingangsreizen,
  • Ausführungskontrolle: sie dient der Konflikterkennung und -beseitigung bei der Durchführung von Vorhaben.

Um die Funktionen der Aufmerksamkeit getrennt zu untersuchen und zu quantifizieren, werden Untersuchungsanordnungen zur Reaktionszeitmessung (Attention Network Test (ANT)) und fMRI-Untersuchungen verwendet.

Entsprechend den unterschiedlichen Aufgaben der Aufmerksamkeit werden auch unterschiedliche neuronale Netzwerke im Gehirn rekrutiert, ein „externes“ und ein „internes“ Netzwerk. In sie sind laut den elektrophysiologischen und bildgebenden Untersuchungsverfahren verschiedene Areale des Thalamus, des vorderen Cingulums und der vorderen und hinteren Hirnrindenregionen eingebunden [11] [12]. Die unterschiedlichen Netzwerke arbeiten offenbar weitgehend selbständig [13]. Jedoch wurden unidirektionale Einflüsse vom Wachsamkeitssystem auf das Orientierungssystem und von dort auf das Ausführungskontrollsystem festgestellt [14].

Eine niedrigschwellige Aufmerksamkeit kann ohne Bewusstsein bestehen, weshalb Aufmerksamkeit und Bewusstsein nicht völlig gleichgesetzt werden können [15] [16]. Eine basale Alarm-Aufmerksamkeit kann auch während des Schlafs aufrechterhalten bleiben (Beispiele: Wachsamkeit gegenüber Feinden, Ammenschlaf der Mutter). Aufmerksamkeit im Alarmierungssystem kann weitgehend vom Bewusstsein abgekoppelt funktionieren; Aufmerksamkeit bei Orientierung und Ausführungskontrolle dagegen ist in aller Regel mit Bewusstsein assoziiert.


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Wie ist Bewusstseins im Gehirn repräsentiert?

Wachheit und Alarmbereitschaft, und damit das Bewusstsein, sind offenbar auf ein funktionsfähiges neuronales Netzwerk zwischen mittelliniennahen Thalamuskernen und Hirnrinde angewiesen. Dabei spielen die in die Netzwerke eingebundenen, zum Teil entfernt voneinander liegenden Rindenregionen die Rolle, dem Bewusstsein Erfahrungsinhalte beizufügen. Der Thalamus hingegen koordiniert über die thalamokortikalen Bahnen die kortikale Kommunikation [17] [18]. Je ausgeprägter der thalamokortikale Informationsaustausch ist, desto wahrscheinlicher ist aktuell Bewusstsein vorhanden. Je höher die Kapazität für solch einen Informationsaustausch ist, desto größer ist die „Fitness“ des Individuums, was sich günstig im „Kampf ums Dasein“ und damit für die Evolution auswirkt (s. o.) [19]. Eine Unterbrechung der Kommunikationswege bedeutet Ausschaltung des Bewusstseins; wie es z. B. in einer Narkose geschieht (s. u.).

Bedeutung eines übergeordneten neuronalen Netzwerks für das Bewusstsein

fMRI-Untersuchungen weisen darauf hin, dass bei vermindertem Bewusstsein oder Bewusstseinsverlust der Informationsaustausch zwischen verschiedenen Hirnbezirken gestört oder unterbrochen ist. Ins Blickfeld geraten ist vor allem das Netzwerk zwischen den neuronalen Verteilerknoten („hubs“) des Stirnhirns, Parietalhirns und Thalamus, den sog. „rich club“-Zentren. Ihr ständiger Informationsaustausch ist laut diesen Untersuchungen mit der Fähigkeit zum Bewusstsein verbunden [20].

Offenbar existiert ein funktionelles Netzwerk, das „default mode network“ (DNM), zu dem auch der posteriore Gyrus cinguli gehört, welches anderen neuronalen Netzwerken übergeordnet ist und sie zentral dirigiert. Es ist nicht mit der Verarbeitung von Wahrnehmungen befasst, sondern wahrscheinlich mit höheren, „metakognitiven“ Aufgaben wie der introspektiven Selbstreflexion. Die Knoten dieses Netzwerks werden deutlich stärker durchblutet als andere Hirnbezirke [21].

  • Der Informationsaustausch zwischen den neuronalen Zentren wird durch eine Narkose unterbrochen. Dies zeigen Untersuchungen unter der Einwirkung eines Narkotikums (Propofol). Von besonderer Bedeutung scheint die Unterbrechung der Konnektivität zwischen Thalamus und den Rindenregionen zu sein [22] [23]. In der Aufwachphase nach einer Narkose ist das Wiederauftreten von Bewusstsein primär mit der Aktivität des Hirnstamms (Locus coeruleus), Hypothalamus, Thalamus und des vorderen Cingulums korreliert und nur wenig mit Aktivitäten in der Hirnrinde [24].
  • Auch während des traumlosen Nicht-REM- Schlafs ist das Bewusstsein reduziert. Der ständige Informationsaustausch (die Interkonnektivität) zwischen den neuronalen Schaltzentralen ist, anders als im Traumschlaf (REM-Schlaf), deutlich vermindert [25]. Beim Aufwachen sind es, wie in der Aufwachphase nach einer Narkose, wiederum die Aktivitäten des Hirnstamms, die zuerst erscheinen, danach erst findet man Aktivitäten in der Hirnrinde (u. a. frontoparietale Konnektivität) [26].
  • Bei Wachkomapatienten bleibt die Funktionsfähigkeit der verschiedenen Hirnrindenareale des am Bewusstsein beteiligten neuronalen Netzwerks offenbar erhalten; dagegen ist der Informationsaustausch zwischen ihnen (die Interkonnektivität) langfristig gestört (s. u.).