Nicht die Größe, sondern die Dichte macht den Unterschied

Materialisieren sich außergewöhnliche Begabungen eines Menschen in seinem Gehirn?

Lange Zeit sind Hirnforscher dieser Frage mit Seziermesser und Waage zu Leibe gerückt. Ein moderner Ansatz ist die Kartierung des Gehirns. Am deutschen Forschungszentrum in Jülich entsteht der erste mikrostrukturelle dreidimensionale Atlas des menschlichen Gehirns.

Anfangs waren es die Gehirne von Geisteskranken und Hingerichteten, erst im 19. Jahrhundert machte man sich dann daran, aus den Hirnen herausragender Persönlichkeiten das "Genie" herauszupräparieren. Dabei erlebte die Elitegehirnforschung immer wieder unangenehme Überraschungen - oder sie fand eben genau das, was sie finden wollte: Beim Hirn des Nobelpreisträgers Anatole France wurde man stutzig, weil seine Gehirnmasse um rund ein Drittel unter dem Durchschnitt lag, nach der Analyse der Hirnwindungen von Albert Einstein berichtete die Neurowissenschaftlerin Sandra Witelson von besonders entwickelten Parietallappen, die – was für eine Überraschung – ausgerechnet der Sitz des mathematischen Denkens sind (Das Gehirn des Genies). Ist es also unmöglich besondere Begabungen im Gehirn anatomisch dingfest zu machen?

Die Neurowissenschaftlerin Katrin Amunts ist am Institut für Medizin des Forschungszentrums Jülich tätig und leitet die Arbeitsgruppe "Brain Mapping". Sie und ihr Team sind der Mikrostruktur des Gehirns auf der Spur, der Zellarchitektur, die in jeder Gehirnregion anders ist. Für sie ist von Interesse, wie die Zellen in der Hirnrinde verteilt sind, ob sie z. B. dichte oder weniger dichte Schichten bilden oder sogar Cluster.

Auch Amunts hat sich mit dem Gehirn eines außergewöhnlichen Talents beschäftigt: mit der Mikrostruktur des Gehirns von Emil Krebs (1867–1930), einem Übersetzer, der beeindruckend viele Sprache beherrschte. Er selbst gab 90 an, 60 sind verbürgt. Dabei war auch sie davon überzeugt, dass, wenn Krebs über außergewöhnliche sprachliche Fähigkeiten verfügte, es nahe liegend sein müsste, dass die Areale, die mit Sprachverarbeitung beschäftigt sind, sich von denen eines "normalen" Menschen unterscheiden.

Vergleich mit Kontrollgehirnen

"Wir haben die Mikrostruktur des Gehirns von Emil Krebs untersucht, und zwar in einer Region von der man weiß, dass sie für Sprachverarbeitung ganz relevant ist: dem Broca'sche Sprachzentrum. Immer wieder gab es nämlich Befunde, dass die Mikrostruktur mit der Funktion zusammenhängt. Es ist nicht ausschlaggebend, wie ein Gehirn von außen aussieht, ob es größer oder wie genau es gefaltet ist. Die Mikrostruktur, z. B. die Zellarchitektur, des Gehirns hat eine sehr viel engere Bindung zur Hirnfunktion. Sie ist regional unterschiedlich, auf ihrer Basis kann man viele Gehirnareale unterscheiden. Die Mikrostruktur spiegelt auch die unterschiedliche Verschaltung der Regionen untereinander wider. Zwei dieser Areale habe ich bei Krebs untersucht", erläutert sie im Gespräch mit Telepolis.

Tatsächlich konnten Amunts und ihr Team feststellen, dass sich das Gehirn von Emil Krebs von den 11 Kontrollhirnen statistisch signifikant unterschied, die zum Vergleich hinzugezogen wurden. Er verfügte in seinem Sprachzentrum über eine ganz besondere Zellarchitektur, die die neuronalen Informationen womöglich schneller und auf breiteren Bahnen durch das Broca'sche Areal und in andere Regionen schickt.

Die Mikrostruktur ist von Mensch zu Mensch sehr variabel. Was die Sprache betrifft, gibt es für das Broca'sche Sprachzentrum in jeder Gehirnhälfte mindestens zwei Areale. Die linke Seite ist bei den meisten Menschen die sprachdominante. Hier vermutet man die phonologische Verarbeitung, Semantik, Rückgriffe auf das Lexikon und die Verarbeitung von Syntax. Rechts sind die Bereiche, die für Prosodie oder die strategische Planung von Sprache verantwortlich sind. Wir haben nun herausgefunden, dass Emil Krebs sich in drei von vier Arealen dramatisch in seiner Mikrostruktur von den Vergleichshirnen unterscheidet. Allein aufgrund dieser Parameter könnten wir ihn aus unserer gesamten Stichprobe blind herausfinden.

Keine generalisierte Gehirnveränderung

Um sicher zu gehen, dass das Gehirn von Krebs nicht insgesamt völlig anders konstruiert ist, wurde auch ein Sehareal in die Analysen miteinbezogen. Dort allerdings erwies sich Emil Krebs als "voll normal". Was auch mit dem übereinstimmt, was sonst von ihm überliefert ist: Er verfügte über keine weitere herausragende Fähigkeit. Er hatte eben einen "hot spot", nicht mehr und nicht weniger.

Emil Krebs ist natürlich ein Einzelfall, schränkt Amunts ein. Man müsste ihrer Meinung nach mindestens zehn solcher Sprachgenies untersuchen, um mit Sicherheit sagen zu können, dass es sich hier um ein generelles Merkmal handelt. Doch die sind selten.

Obwohl das menschliche Gehirn schon relativ gut kartiert ist, gibt es gerade bei komplizierteren kognitiven Funktionen noch viele Wissenslücken. Bewegung, einfaches Sehen und Hören, Farben, Tonhöhen – wie das funktioniert, davon hat die Forschung schon recht klare Vorstellungen. Hier gibt es zur Not auch immer Daten von Tierexperimenten. Doch Sprache oder Sozialverhalten lassen sich nicht so leicht untersuchen, hier tastet man sich nur langsam vor.

Atlas vom Gehirn

Auch ein zweites Sprachareal würde Amunts noch interessieren: das hintere Sprachzentrum, das so genannte Wernicke Areal – der Ort, an dem das Sprachverständnis sitzt. Doch vorerst sind sie und ihre Arbeitsgruppe völlig ausgelastet damit, den ersten mikrostrukturellen dreidimensionalen Atlas des Gehirns zu erstellen. Er wird auf zehn Gehirnen von verstorbenen Körperspendern (fünf männlichen und fünf weiblichen) basieren und eine flächendeckende Karte bieten, auf der man nachsehen kann, welche Hirnareale wo sitzen. Damit ist es dann möglich, Hirnfunktionen, die man bei lebenden Probanden mit modernen bildgebenden Verfahren sichtbar machen kann, auf den Hirnatlas zu projizieren. So kann man dann untersuchen, welche Gehirnareale an welchen Funktionen beteiligt sind. Laut Amunts wird es damit auch leichter, die Sprachfunktionen des Menschen zu untersuchen. Doch bis der Atlas fertig ist, dauert es noch: Nur 25 bis 30 Prozent des Gehirns sind bislang kartiert, erst in zirka 5 bis 10 Jahren wird die Arbeit abgeschlossen sein.

Warum das so lange dauert? Jedes der Gehirne wird in histologische Schnitte von 20 Mikrometer Dicke portioniert, pro Gehirn macht das 6.000 bis 8.000. Diese werden dann gefärbt und anhand der Zellarchitektur kartiert. Pro Gehirnareal benötigt man mit viel Übung und viel rechnerischem Aufwand ungefähr ein Jahr. Und schließlich muss alles noch digital aufbereitet werden.