Theorie der Neural Group Selection

Die Theorie der "Neural Group Selection" beschreibt und erklärt die Funktion des Gehirns zur Planung und Durchführung von Handlungen auf der Basis der neueren Erkenntnisse der Neurowissenschaften (Neuroscience). Sie wurde von Gerald M. Edelman ^[1] in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt. Das Neue an der Theorie ist, dass zum einen das Gedächtnis nicht als repräsentativer Speicher von Inhalten des Erlebten angesehen wird, sondern als dynamisches System, das sich ständig während seiner Aktivität verändert. Zum anderen, dass das Bewusstsein nicht als Aktivität lokalisiert in einer bestimmten Hirnregion zu verstehen ist, sondern als die Aktivität selbst, bei der alle auch weiträumig verteilten Hirnregionen in ständigem reziproken Informationsaustausch miteinander stehen.

Entwicklungsgeschichte

Mit den Studien von Eric Kandel (um 1976) an der Meeresschnecke Aplysia ^[2], bei denen er feststellte, dass vermutlich kein zentrales Langzeitgedächtnis im Gehirn existiert, vielmehr die Veränderung an den Synapsen der beteiligten Nervenzellen einmal vollzogene Bewegungen unterstützen im Sinne einer einfacheren und schnelleren Wieder-Aktivierung, waren die Untersuchungen zu Verhalten und Bewegungen von der Ebene der neuralen Zentren zum Studium der einzelnen Nervenzellen und ihren molekularen Veränderungen übergegangen.

Entscheidend aber war der Schritt des Immunologen Gerald M. Edelman ^[3], der bei der Entwicklung von Antikörpern im Organismus beobachtet hatte, dass der Organismus diese nicht, wie bis dahin angenommen, nach genetisch vorgegebenen Plänen entwickelt, sondern nach dem evolutionären Selektionsprinzip. Das Auswahlprinzip bedarf sehr großer Populationen von ähnlichen, aber gleichwertigen Strukturen, aus denen es eine für den Einzelfall geeignete Auswahl treffen kann. Es zeigte sich, dass das Nervensystem aus Populationen von Synapsen an den einzelnen Nervenzellen (Tausenden), Populationen von Nervenzellen (mehr als 10 Milliarden) und Populationen von Nervenzellnetzen (ebenfalls Milliarden) besteht, die diese Voraussetzungen erfüllen. Es ist daher davon auszugehen, dass nach diesem Selektionsprinzip Gedanken, Handlungen und Bewegungen entwickelt und durchgeführt werden. Konsequenzen daraus hat Edelman systematisch überprüft und bestätigt gefunden.

Die Theorie

• Entwicklungsselektion: Nachdem in der frühen Embryonalentwicklung (s. Embryogenese) Gene und Vererbung die Hirnanatomie bestimmen, kommt es bereits bei der Ausbildung der vielfach verzweigten Nervenfortsätze zu einer hohen Variabilität an Verknüpfungsmustern. Dabei werden zeitgleich feuernde Neurone bevorzugt miteinander zunächst zu Gruppen und diese zu Netzen (Schaltkreisen) verbunden (somatische Selektion). Es kommt zur Ausbildung der primären Repertoires.

• Erfahrungsselektion: Durch Verhaltenserfahrungen, die das ganze Leben über stattfinden, kommt es dann zur synaptischen Selektion. Es kommt zur Bildung von Gruppen, deren Elemente ähnlich, nicht gleich aber gleichwertig sind (Degeneracy). Hierbei werden in kompetitiven Auswahlprozessen die häufiger genutzten synaptischen Verbindungen und dadurch deren synaptische Effizienz verstärkt. Die synaptischen Verbindungen und die Effizienz der seltener gewählten Gruppen wird geschwächt. Dabei findet durch die Anpassung an die aktuellen Bedingungen eine ständige dynamische Neustrukturierung der Gruppen statt. Durch die Selektion bestimmter Muster aus räumlich verteilten Gebieten des Wahrgenommenen können Kategorien gebildet werden, die zur Zuordnung neuer Eindrücke zu bereits Erlebtem notwendig sind. Auch die Netze der primären Repertoires werden zu sekundären Repertoires und Karten (maps) aufgebaut. Die Karten können durch selektive Nutzung verändert werden (z.B. wird der Bereich des Daumens im motorischen Kortex durch häufiges SMS schreiben vergrößert).

Die kortikalen Verbindungen

[Reentry] Zu einer geordneten Zusammenarbeit mit dem Ergebnis einer erfolgreichen Handlung/Bewegung kommt es nicht, wie bisher angenommen, durch sequentielle Abarbeitung in einzelnen Hirnregionen, sondern durch den ständigen rekursiven Austausch der Signale im gesamten Großhirn (s. auch Telencephalon), der topologischen Großhirnanordnung des thalamokortikalen Systems. Bei diesem ist der Thalamus mit den funktional spezialisierten Regionen (den Karten) des Kortex vielfältig und rekursiv vernetzt. Es bilden sich Signalzirkel, bei denen ein dauernder Austausch gleichzeitig gesendeter Signale zwischen auch sehr entfernt voneinander liegenden einzelnen Arealen stattfindet (Reentry). Dadurch werden die Aktivitäten, die in diesen Arealen ablaufen, zeitlich und räumlich miteinander koordiniert.

Gleichzeitig findet ein ständiger Signalaustausch dieses thalamokortikalen Systems mit einer zweiten Anordnung des Hirns statt, bei dem gleichzeitig parallel geschaltete Ketten von Kernen richtungsgleich durchlaufen werden. Diese verbinden den Kortex mit speziellen subkortikalen Strukturen wie dem Kleinhirn (Beteiligung und Synchronisation von Bewegungen aber auch spezifischen Denkleistungen); den Basalganglien (Beteiligung an Planung und Durchführung komplexer motorischer und kognitiver Abläufe) und dem Hippokampus (Hauptbeteiligung an der Konsolidierung von Inhalten der Kurzzeitgedächtnisfunktionen zu Langzeitgedächtnisfunktionen in der Großhirnrinde).

Schließlich werden diese ständigen Aktivitäten mit Kernen im Hirnstamm und Hypothalamus verbunden, durch die die neurale Plastizität – Synapsenstärke – innerhalb der neuralen Schaltkreise durch adaptive Reaktionen beeinflusst werden. Diese Einflüsse werden auch als Bewertungssysteme bezeichnet ^[4] Für das gesamte System gilt, dass jede Benutzung der Verbindungen zu Veränderungen an den Neuronen und ihren Verbindungen führt, so dass sich das System in ständiger adaptiver Veränderung befindet.

Bewusstsein

Es wird angenommen, dass diese reentranten Abläufe das Bewusstsein ausmachen. Dafür spricht die Beobachtung, dass bei bereits mehrfach durchgeführten Handlungen, bei denen die Aufmerksamkeit nicht mehr auf die einzelnen Aspekte und Anteile der Ausführung gerichtet werden müssen, die Aktivität des Signalaustauschs zwischen den Hirnarealen abnimmt, so dass sie bei nahezu unbewusst ablaufenden so genannten automatisierten Handlungen minimal ist. Dadurch wird gewährleistet, dass bei der Lösung komplexer neuer und besonders kognitiver Aufgaben, die die volle Aufmerksamkeit verlangen, notwendige andere Routineaufgaben, (z.B. Schreiben, Kaffee trinken oder die motorischen Abläufe beim Autofahren), gleichzeitig ohne Schwierigkeiten ausgeführt werden können.

Literatur

• Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessel: Principles of Neural Science. 4. Auflage. McGraw-Hill Companies, New York 2000.
• Eric R. Kandel: Auf der Suche nach dem Gedächtnis. Siedlern Verlag, München 2007.
• Gerald M. Edelman: Neural Darwinismus, The Theory of Neural Group Selection. Basic Books, Inc, Publishers New York 1987.
• Gerald M. Edelman: Göttliche Luft, Vernichtendes Feuer. 2. Auflage. Piper Verlag, München 1995.
• Gerald M. Edelman, Giulio Tononi: Gehirn und Geist, wie aus Materie Bewusstsein entsteht. C.H. Beck Verlag oHG, München 2002.
• Jürgen Grzesik: Operative Lerntheorie. Verlag Julius Klinkhardt, Bad Heilbrunn 2002.

Einzelnachweise

1. ↑ Gerald M. Edelman. Neural Darwinismus, The Theory of Neural Group Selection. Basic Books, Inc, Publishers New York 1987
2. ↑ Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessel; Principles of Neural Science 4. Auflage 2000. McGraw-Hill Companies New York. Kap. 63 S. 1247-1279; s. auch Eric R. Kandel: Auf der Suche nach dem Gedächtnis. Siedlern Verlag München 2007,
3. ↑ Gerald M. Edelman. Neural Darwinismus, The Theory of Neural Group Selection. Basic Books, Inc, Publishers New York 1987
4. ↑ Gerald M. Edelman, Giulio Tononi: Gehirn und Geist, wie aus Materie Bewusstsein entsteht, C.H. Beck Verlag oHG, München 2002, S. 69