Geschichte der Hirnforschung

Die Geschichte der Hirnforschung reicht von prähistorischen Zeiten bis zur Gegenwart. Auch wenn die meisten Erkenntnisse über das Gehirn, seinen Aufbau und seine Funktionsweise in den letzten 150 Jahren gewonnen wurden, so reichen die Anfänge der Hirnforschung weit zurück.

Urgeschichte

Schädel einer jungen Frau mit Trepanationsöffnung, ca. 3.500 v.Chr. Wie man anhand der stattgefundenen Gewebsneubildung feststellen konnte, wurde die Operation überlebt.

Aufgrund von Funden aus dem frühen Ägypten wissen wir, dass vor 5000 Jahren Menschen mit ersten operativen Eingriffen in das Zentralnervensystem begannen, wie an systematischen Schädelöffnungen (Trepanationen) an Schädeln dieser Zeit abzulesen ist. Etwa 70 Prozent der Schädel, die solche Merkmale aufweisen, zeigen Zeichen der Heilung und lassen daher auf eine erfolgreiche Anwendung der Technik schließen, da der Patient den Eingriff um Monate oder gar Jahre überlebt haben muss. Dies kann als Geburtsstunde der Neurochirurgie gelten, wenn nicht gar der Chirurgie im allgemeinen. Neolithische Trepanationen sind auch aus ganz Europa und Lateinamerika bekannt.

Auszug aus dem Edwin Smith Papyrus

Die guten Kenntnisse der Ägypter über das Gehirn und seine Funktion gehen auch aus dem überraschend systematisch und rational verfassten Papyrus Edwin Smith hervor. Diese Papyrus, das in Ägypten 1.700 vor Christus verfasst wurde, geht auf Schriften zurück, die bereits um 3.000 vor Christus existiert haben und damit als die ältesten medizinischen Dokumente der Menschheitsgeschichte gelten müssen. Obwohl in dem Papyrus das Gehirn, seine Organisation in Gyri und Sulci, das Rückenmark, die Hirnhäute und die umgebenden Knochen beschrieben werden, erwähnt das Werk zu keinem Zeitpunkt das Wort Nerv. Dies ist ein Konzept, das den Ägyptern offenbar noch unbekannt war.

Antike

Hippokrates, wie ihn Rubens sah

Um 500 vor Christus identifiziert und präpariert Alkmaion von Kroton als erster den optischen Nerven und andere sensorische Nerven. Alkmaion entwickelte die Vorstellung, dass Nerven hohl seien und ein Medium (kenon) umhüllten, das den Sinneseindruck zum Gehirn leitet. Dies wird von Hippokrates von Kos (460–379 v. Chr.) genauer ausgeführt. Anders als Aristoteles, der die Empfindungen dem Herzen zuordnete, sah Hippokrates das Gehirn als Sitz der Empfindung und Intelligenz und erkannte, dass Epilepsie eine Erkrankung des Gehirns und durch Reize auslösbar ist. Dem stimmte auch Herophilos von Chalkedon zu (um 325–255 v. Chr.), der allerdings nicht das Gehirn selbst, sondern die Hirnventrikel, die flüssigkeitsgefüllten Kammern des Gehirns, als den Sitz menschlicher Intelligenz ansah. Erasistratos (um 305–250 v. Chr.) unterschied motorische und sensible Nerven und unternahm ebenso wie Galen (um 129–216 v. Chr.) neurophysiologische Experimente wie z. B. Hirnschnitte und artifizielle Läsionen. Im Anschluss an Herophilus konzentrierte sich Galens Arbeit dabei vor allem auf die Ventrikel, die flüssigkeitsgefüllten Kammern. Er studierte, wie sich Schnitte und Druck auf die Ventrikel auswirken. Galen glaubte, dass es eine Verbindung zwischen den scheinbar leeren Räumen der Ventrikel und der Seele gebe. Er postuliert, dass sich in den Ventrikel eine Substanz befinde, die der ätherischen Seele ähnlich sei und so als Mediator zwischen dem stofflichen Körper und der Seele dienen könne. Diese Substanz nannte Galen spiritus animalis (lat. „belebender Geist“), ein Konzept, dass die Sichtweise auf den Zusammenhang von Seele und Geist auf Jahrhunderte prägen sollte. Die Seele konnte somit in den Ventrikeln auf den Körper wirken. Das Gehirn selbst wurde nur als Drüse betrachtet, dessen Aufgabe es war den spiritus animale zu produzieren. Die Ventrikellehre blieb bis ins 18. Jahrhundert hinein vorherrschende Meinung. Allerdings bleibt festzuhalten, dass man nicht das Gehirn oder die Ventrikel als Sitz der Intelligenz oder gar der Seele sah, sondern lediglich als den Ort, an dem die flüchtige Seele auf den Körper einwirken könne. Galens Theorie konnte so eine Brücke zwischen der Seele und dem Körper schlagen, und somit eine Lösung für das Leib-Seele-Problem anbieten, da sein spiritus animalis durchaus eine physische Substanz war und somit ein physiologisches Substrat für die Wirkung der Seele auf den Körper darstellen konnte (commercium mentis et corporis). Andererseits wurde das spiritus animale als ätherische Substanz und somit als so flüchtig gedacht, dass man nicht damit rechnete, es je tatsächlich zu sehen oder nachweisen zu können. Aus wissenschaftstheoretischer Sicht ist die Ventrikellehre somit kaum zu widerlegen beziehungsweise im Popperschen Sinne zu falsifizieren. Es ist daher wenig verwunderlich, dass diese Theorie für lange Zeit unangefochten blieb.

Mittelalter

Hirnnerven in ihrem Verlauf an der Hirnbasis nach Vesalius

Während im byzantinischen und arabischen Kulturraum die medizinische Forschung fortgesetzt wurde, fielen die Kenntnis der westeuropäischen Medizin und damit auch der Hirnforschung im Mittelalter hinter das Niveau der Antike zurück. Die wenige Forschung im europäischen Raum beschränkte sich hauptsächlich auf klösterliche Heilkräuterkunde, die wenig zur Hirnforschung beizutragen hatte. In der gleichen Zeit war die medizinische Forschung im arabischen Raum deutlich fortschrittlicher. So untersuchte um 900 Abu Bakr Mohammad Ibn Zakariya al-Razi (Rhazes) das Gehirn anatomisch genauer und beschrieb sieben der zwölf Hirnnerven und 31 der aus dem Rückenmark entspringenden Spinalnerven in seinem Werk Kitab al-Hawi Fi Al Tibb (arab. Geheimnis der Geheimnisse). Bereits 100 Jahre später beschrieb Abu l-Qasim az-Zahrawi (auch bekannt als Abulcasis oder Albucasis) bereits chirurgische Eingriffe zur Heilung neurologischer Erkrankungen des Zentralnervensystems. Doch beschränkten sich Erkenntnisse in der islamischen Medizin keineswegs auf das Zentralnervensystem, sondern sie stellten auch funktionelle Vermutungen über das periphere Nervensystem auf, wie es Abu Ali al-Hasan Ibn Al-Haitham (Alhazen) um die Jahrtausendwende tat. Er verglich die Funktionsweise des Auges mit einem dem Photoapparat ähnlichen Gerät. Auch Abu Ali al-Husain ibn Sina-e Balkhi (Avicenna) beschrieb das Auge und die Prinzipien des Sehens in seinem Qanon (Kanon) und Abu Ruh Muhammad ibn Mansur ibn abi 'Abdallah ibn Mansur al-Jamani (al-Jurjani) beschrieb 1088 in seinem Werk Nur al-ayun (Licht des Auges) mehrere Operationsverfahren am Auge.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die arabische Medizin bis in die Renaissance unangefochten die Erkenntnisse der Hirnforschung dominieren sollte und die heutige Neurochirurgie (wenn nicht gar die Chirurgie im allgemeinen) auf den Erkenntnissen aus dem arabischen Raum fußt. Aus dem europäischen Raum sind wenige Erkenntnisse bekannt. Einzig Albertus Magnus ist hier erwähnenswert, der um 1250 die Ventrikellehre weiter ausführte. Ähnlich einem römischen Brunnen fließt nach Albertus Magnus der spiritus animalis von einem Ventrikel in den nächsten und vermittelt so den Prozess von der Wahrnehmung über das Denken zur Erinnerung.

16. Jahrhundert

In dieser anatomischen Zeichnung aus Vesalius' Buch sind die Hirnhäute abpräpariert und man sieht die gefurchte Hirnoberfläche

Im 16. Jahrhundert gingen die meisten Impulse in der Hirnforschung von Italien aus. So fertigte Leonardo da Vinci, der weiterhin der Ventrikellehre anhing, im Jahr 1504 Wachsausgüsse der Ventrikel des menschlichen Gehirns an, um ihre Form exakter zu studieren. Bedeutender ist die Arbeit von Andreas Vesalius (1514–1564), der in Padua für die damalige Zeit äußerst exakte anatomische Forschungen betrieb und mit seinen Werken Tabulae Anatomica und De humani corporis fabrica Grundlagen der (neuro-)anatomischen Forschung legte. Insbesondere beschrieb Vesalius Zirbeldrüse und Balken (Pons), die zu jener Zeit die einzig bekannten Strukturen des Gehirns waren, die nicht doppelt (also in jeder Hemisphäre einmal) vorkommen. Im 17. Jahrhundert wurde ihnen aus diesem Grund eine bedeutende Rolle im Leib-Seele Problem zugeschrieben.

Etwa 20 Jahre nach Vesalius' Werken erschien 1564 das deutlich detaillierte, allerdings auch spezialisiertere Werk The Examination of the Organ of Hearing von Bartolomeo Eustachio, das erstmals über Aufbau und mögliche Funktionsweise des akustischen Sinnesapparates Auskunft gab. Nach Eustachio ist bis heute die Eustachische Röhre benannt, die Ohr und Mundraum verbindet. Eine Reihe weiterer Arbeiten zeugen von der aktiven Neuroanatomie-Forschung in Italien: Gabriele Falloppio beschrieb einige der Hirnnerven, konnte dabei jedoch nur wenig neue Erkenntnisse gegenüber den Arbeiten von Rhazes vorweisen. 1564 fiel in einer Arbeit von Giulio Cesare Aranzi erstmals die Bezeichnung Hippocampus , und Constanzo Varolio benannte 1573 die von Vesalius bereits beschriebene Brücke (Pons Varolii). Die bedeutendste Erkenntnis jener Jahre stammte jedoch von Arcangelo Piccolomini, der 1586 als erster zwischen Grauer und Weißer Substanz der Hirnrinde unterschied.

Die Hirnforschung in Nordeuropa machte im 16. Jahrhundert dagegen wenig Fortschritte. Eine Ausnahme stellte der Basler Felix Platter dar, der 1583 unter dem Einfluss der Optik die Ideen von Alhazen wieder aufgriff und herausfand, dass die Linse des Auges zur Fokussierung des Bildes auf dem Augenhintergrund dient. Als Pionier der pathologischen Anatomie belegte Platter seine Theorie mit deutlichen pathologischen Fällen.

17. Jahrhundert

Das sehr modern anmutende cartesianische Verständnis der Funktion des Nervensystems: sensible Reize (hier das Gesehene) werden von Nerven ins Gehirn geleitet, von dort gelangt die umgewandelte Information wieder über Nerven an die Erfolgsorgane (Muskeln). Descartes vermutete als Schnittstelle zwischen Geist und Materie fälschlicherweise die Zirbeldrüse im Gehirn.

Den größten Einfluss auf die Hirnforschung hatte im 17. Jahrhundert wohl Descartes (1596–1650), der die strikte Zweiteilung von Körper und Seele postulierte. Körper und Seele bestehen seiner Meinung nach aus verschiedenen Substanzen, von denen die Geistige, die res cogitans immateriell ist. Die Interaktion von Körper und Geist findet seiner Ansicht nach in der Zirbeldrüse statt, die als Kontaktstelle zwischen Körper und Geist und verwendet die Orgel als Modell für die Hirnfunktion. Der Cartesianische Dualismus wurde in der Folgezeit äußerst einflussreich und die postulierte Zweiteilung alles Seienden in Materie und Geist wirkt sich bis heute auf die Hirnforschung aus, da sie heute nicht nur dem Verständnis des Laien entspricht, sondern auch Forscher Schwierigkeiten haben, sich von den tief verwurzelten cartesianischen Intuitionen zu befreien.

Hirnbasisarterien. Gut zu erkennen der kreisförmige Zusammenschluss von Arterien, der nach Willis beannnte Circulus (arteriosus) Willisii.

Weniger philosophisch, aber wissenschaftlich muss Thomas Willis (1621–1675) als herausragende Gestalt der Hirnforschung gesehen werden. Willis prägt den Begriff Neurologie und veröffentlich 1664 sein Werk Cerebri anatome, mit Zeichnungen von Christopher Wren. Es ist die exakteste und genaueste verfügbare Beschreibung der Hirnanatomie und der cerebralen Blutgefäße. Ungleich Descartes sieht Willis das Gehirn selbst als Sitz der geistigen Funktionen und verortet unter anderem das Gedächtnis in den Windungen der Großhirnrinde und die Vorstellungskraft in der weiße Substanz der Hemisphären. Auch Giovanni Alfonso Borelli argumentiert 1660 gegen den spiritus animalis und vermutete stattdessen einen Flüssigkeit, den succus nerveus, der die Handlungen nach pneumatischen Prinzipien hervorruft. Seiner Vorstellung nach wird der succus nerveus durch die hohlen Nerven in die Extremitäten gepresst, wo sie die Muskeln zum anschwellen bringen und so Handlungen hervorrufen.

Neben dem bahnbrechenden Werk von Willis werden im 17. Jahrhundert noch weitere antatomische Entdeckungen gemacht. So beschreibt zum Beispiel Franciscus de la Boe Sylvius die noch heute nach ihm benannte große seitliche Fissur an der Hirnoberfläche (Fissura Sylvii) zwischen dem Scheitel- vom Schläfenlappen in der Großhirnrinde und untersucht die Verbindung zwischen dem 3. und 4. Ventrikel (Aqueductus Sylvii).

18. Jahrhundert

Antoni van Leeuwenhoek entwickelt das schon vor über 100 Jahren erfundene Mikroskop weiter und erreicht bis dato unerreichte Vergrößerungen. Er wendet es erfolgreich an und verhilft dem Mikroskop zu seinem Siegeszug bei der Eroberung des Mikrokosmos. Unter anderem untersucht er den Aufbau von Nerven genauer und beschreibt hohle Querschnitte.

Van Leeuwenhoeks Technik wird unter anderem auch von Felice Fontana eingesetzt, der van Leeuwenhoeks Erkenntnisse widerlegt. Nachdem Alexander Monro in seinen Untersuchungen 1753 keine Hinweise auf hohle Nerven finden konnte, untersucht Fontana die Axone der Nerven genauer unter dem Mikroskop und beschreibt einige Eigenschaften des Axoplasmas.

19. Jahrhundert

Verschiedene Hirnansichten und -schnitte aus dem Handbuch der Anatomie des Menschen von Professor Dr. Carl Ernest Bock (1809–1874), veröffentlicht 1841 in Leipzig.

Datei:Phineas Gage Death Mask.jpg

Totenmaske von Phineas Gage, einem Modellpatienten für das Frontalhirnsyndrom. Gut zu erkennen ist die Verletzung im Bereich des Stirnbeins.

Im 19. Jahrhundert schreitet die Hirnforschung vor allem anatomisch schnellen Schrittes voran. So entdeckt Felix Vicq d'Azyr 1805 den Nucleus ruber im Mittelhirn, eine wichtige Schaltstelle des Motorischen Systems und wenige Jahre darauf das Claustrum, dessen Funktion bis heute nicht vollständig geklärt ist. 1811 erkennt Charles Bell den funktionellen Unterschied zwischen den aus dem Hinterhorn bzw. dem Vorderhorn des Rückenmarks austretenden Nerven (dorsale bzw. ventrale Rückenmarkswurzel). Während motorische Signale das Rückenmark über die Vorderhornwurzel verlassen, treten sensorische Signale ins Hinterhorn ein. Diese Entdeckung wurde praktisch zeitgleich von François Magendie gemacht und geht bis heute gültig als Bell-Magendie-Gesetz in die Lehrbücher ein. Mit der Unterscheidung zwischen medialem und lateralem Corpus geniculatum des Thalamus legt Friedrich Burdach 1822 einen weiteren Grundstein in der Erkenntnis des sensorischen Apparates, da sich diese beiden Strukturen als die wichtigsten Umschaltstationen des Hör- und Gesichssinnes entpucken sollen.

Wichtiger als die Entdeckungen makroskopischer Strukturen sind allerdings die Entdeckungen im kleinen. So identifiziert Gabriel Gustav Valentin 1836 erstmals den Kern und Kernkörperchen von Nervenzellen und legt damit den Grundstein zur Zelltheorie, die sich den Rest des Jahrhunderts nicht (?) können wird. Noch im selben Jahr beschreibt Robert Remak die unterschiedlichen Fastertypen von myelinisierten und unmyelinisierten Nervenfasern und vermutet, dass Nervenfasern aus Nervenzellkörpern entspringen. Im Jahr daraf werden von Jan Evangelista Purkinje (1787–1869) große Neurone im Kleinhirn (die sogenannten Purkinjezellen) beschrieben. Auch Purkinje dokumentiert die zelluläre Natur der Gewebeschichtung. Dennoch sollte sich bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts die Diskussion fortsetzen, ob das Gehirn aus einzelnen Zellen oder aber aus einer durchgehenden (anastomosischen) Gewebemasse (Synzytium) besteht. Mangelnde Qualität der Mikroskope und die schlechten Färbemethoden verhinderten eine endgültige Antwort auf diese Frage.

Im Jahre 1869 wird von Alexander Ecker (1816–1887) die noch heute gültige Terminologie der Hirnlappen und -windungen vorgeschlagen.

Anschaulich illustrierte Hirntopologie, wie sie sich die Anänger der Phrenologie vorstellten.

Franz Josef Gall (1758–1828) ist Begründer der Phrenologie (Schädelkartierung) und damit der Lokalisationstheorie, die besagt, dass bestimmte Vermögen in bestimmten Bereichen des Gehirns beheimatet sind. Nach Galls Theorie konnte das Gehirn ähnlich einem Muskel trainiert werden und die Verwendung bestimmter Bereiche hätte dadurch eine Vergrößerung des Gehirns in diesem Bereich zur Folge, der sich am Schädelknochen ablesen lässt. Auch wenn die von Gall postulierten Vermögen (Religiösität, Brutalität) nach heutigen Maßstäben abenteuerlich anmuten und sich die Vorstellung, das Gehirn könne die Schädelform beeinflussen, mittlerweile als falsch erwiesen hat (mit der Ausnahme des Hydrocephalus), hat Gall mit der Lokalisationstheorie die Sichtweise aufs Gehirn entscheidend geprägt. Ihm gegenüber standen die Anhänger der holistischen Theorie, wie Pierre Flourens (1794–1867) der als führender Wissenschaftler der Gegenbewegung zu Galls Lokalisationstheorie zu gelten hat. Diese Theorie ging davon aus, dass alle Sinneseindrücke und Vermögen auf das gesamte Gehirn verteilt sind.

Beide Theorien erwiesen sich als falsch. Galls Theorie ging von falschen Vermögen aus, Flourens Theorie konnte spätestens durch die Studien von Paul Broca (1824–1880) und Carl Wernicke (1848–1905) widerlegt werden. Broca behandelte 1861 einen Patienten, der nach einem Schlaganfall Sprache zwar sehr wohl verstehen konnte, sich aber unfähig zeigte, sich selbst sprachlich zu äußern. Damit konnte Broca das motorische Sprachzentrum im linken Frontallappen lokalisieren, das bis heute Broca-Areal heißt. Wernicke dagegen untersuchte 1874 ebenfalls einen Schlaganfallpatienten, der zwar flüssig sprechen konnte, aber keine sprachlichen Äußerungen verstand. Wernicke konnte somit das sensorische Sprachzentrum im linken Temporallappen lokalisieren, das seither Wernicke-Areal genannt wird.

Nach diesen Erkenntnissen und dem damit vorläufigen Siegeszug der Lokalisationstheorie begann man gezielt Hirnareale bei Tieren zu entfernen oder mit ihnen zu interferieren, wie es Gustav Fritsch und Eduard Hitzig mittels elektrischer Stimulation getan haben, um ihre Rolle zu studieren, doch die wissenschaftlichen Möglichkeiten blieben begrenzt. Was fehlte, war ein einheitlicher anatomischer Atlas, auf den man sich beziehen konnte, wenn man von Arealen sprach.

Zeichnung der Zellen des Hühner-Cerebellums von Santiago Ramón y Cajal

Zum Ende des 19. und zum Beginn des 20. Jahrhunderts setzte sich die Diskussion fort, ob das Gehirn aus einzelnen Zellen oder aber aus einer durchgehenden (anastomosischen) Gewebemasse (Synzytium) besteht. Während Camillo Golgi letzterer Theorie anhing, konnte Ramon y Cajal eine von Golgi entwickelte Färbemethode verwenden, um das Gegenteil zu beweisen, wofür beide 1906 den Nobelpreis erhielten . Es sei nebenbei erwähnt, dass auch Freud lange Zeit der Synzytium-Theorie anhing.

Datei:Psychophysik.jpg

1) Äußere Psychophysik 2) Innere Psychophysik 3) Physiologie

Neben der anatomischen Forschung darf auch die systematische und empirische Erforschung von Reiz-Erlebnis-Zusammenhängen, die Psychophysik, nicht unerwähnt bleiben. Bis heute stellt die Forschung von Ernst Heinrich Weber (1795–1878) und Gustav Theodor Fechner (1801–1887) die Basis für die neurowissenschaftliche Untersuchung von Sinneswahrnehmung dar. Ohne ihre bahnbrechende Forschung wäre ein Studium der Wechselwirkung zwischen objektiv messbaren physischen Prozessen und Reizstärken und subjektivem mentalem Erleben (äußere Psychophysik) unmöglich. Da die zugrundeliegenden neuronalen Prozesse in ihrer Stärke zumeist eher mit dem subjektiven Empfinden, als dem physischen Reiz ähneln, ist die Kenntnis dieser Zusammenhänge entscheidend für das Auffinden und die Untersuchung neuronaler Korrelate der Wahrnehmung (Physiologie und innere Psychophysik).

20. Jahrhundert

Histologische Darstellung der Großhirnrinde mit ihren Schichten – links Zellfärbung, rechts Darstellung der Fasern.
Anhand der Unterschiede in Dicke und Dichte der Schichten unterteilt Brodmann den Cortex in 52 verschiedene Areale

Um die Jahrhundertwende legte Sir Charles Sherrington einige Grundsteine der modernen Neurophysiologie. Zunächst untersuchte er die Funktionsweise einzelner Nervenzellen und prägte 1887 den Begriff Synapse für die Kontaktstelle zwischen zwei Neuronen. 1891 fand Sherrington heraus, dass der Patellarsehnenreflex durch ein Zusammenspiel von Erregung eines Agonisten und Hemmung eines Antagonisten zustande kommt. Seine genauen Untersuchungen über die neuronalen Grundlagen des Reflexes widerlegten die bis dahin geläufige Vorstellung, das Rückenmark verfüge über eine eigene Seele. Darüber hinaus gelang Sherrington 1902 gemeinsam mit A. S. F. Grünbaum eine genaue Lokalisierung des Motorcortex. 1932 erhielt er für seine Forschung zusammen mit Lord Edgar Douglas Adrian den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Adrian hatte gezeigt, dass Aktionspotentiale dem „Alles oder Nichts“-Prinzip folgen und dass die Intensität eines Reizes daher durch die Frequenz des Aktionspotentials vermittelt wird.

Ebenfalls um die Jahrhundertwende gründete Oskar Vogt in Berlin das erste Hirnforschungsinstitut der Welt: Es begann als privat betriebene „Neurobiologische Zentralstation“ in einem Mietshaus, wurde 1902 der Universität angegliedert und 1915 zum Kaiser-Wilhelm-Institut für Hirnforschung. Zusammen mit seiner Frau, der französischen Neurologin Cécile Vogt (geb. Mugnier) hatte er es sich zum Ziel gesetzt, Zusammenhänge zwischen seelischen Phänomenen und hirnanatomischen Strukturen zu finden. Teil dieses Projekts war die Arbeit von Korbinian Brodmann, der als Mitarbeiter des Instituts 1909 einen Hirnatlas publizierte, in dem er die Großhirnrinde in 52 Areale unterteilte. Grundlage für die Einteilung waren histologische Untersuchungen, bei denen er Hirnschnitte mit einer von Franz Nissl entwickelten Methode anfärbte und unter dem Mikroskop Unterschiede in Form und Schichtdicke der Zellen vorfand. Die Vogts konzentrierten sich währenddessen auf die Nervenverbindungen zwischen einzelnen Arealen. Ihre Arbeitshypothese war, dass Unterschiede in der Zellarchitektur auf Hirnzentren mit unterschiedlicher Funktion hindeuten. In Tierexperimenten gelang es ihnen jedoch nicht, den von Brodmann gefundenen Arealen konkrete Funktionen zuzuordnen. In der weiteren Forschung stellte sich heraus, dass eine solche Zuordnung tatsächlich nur sehr begrenzt möglich ist, dennoch wurden die Brodmann-Areale weiter verfeinert und sie werden noch heute verwendet.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde Hirnforschung auch zu einem Politikum. Zum einen folgten Vorstellungen von der Organisation des Gehirns häufig der jeweils favorisierten Gesellschaftsordnung: So stellte Paul Flechsig sich das Großhirn nach dem Vorbild der Monarchie in drei strikte Hierarchiestufen unterteilt vor, während Theodor Meynert sowie Oskar und Cécile Vogt ein eher republikanisches Modell annahmen, nach dem die Funktion des Hirns auf einem gleichberechtigten Zusammenspiel der einzelnen Zentren basiert. Andererseits wurde die Hirnforschung zu einem Mittel politischer Propaganda: So wurde Oskar Vogt 1925 von der Sowjetunion eingeladen, in Moskau ein Staatsinstitut für Hirnforschung aufzubauen und dort das Gehirn des jüngst verstorbenen Lenin zu sezieren. Als er 1929 bei einem Vortrag seine Ergebnisse zusammenfasste, kam er zum Schluss, dass der „hirnanatomische Befund“ Lenin als „Assoziationsathleten“ ausweise – eine nach heutigen Maßstäben gewagte Folgerung, die ihm bis heute Spott einbringt.

Weitaus menschenverachtendere Folgen hatte die Zusammenarbeit einiger Hirnforscher mit den Machthabern während der Zeit des Nationalsozialismus. Bereits 1920 hatte der Psychiater Alfred Hoche zusammen mit dem Strafrechtler Karl Binding den Begriff des „lebensunwerten Lebens“ geprägt und öffentlich für die Tötung von Patienten plädiert, die unheilbar psychisch krank waren. In seiner Nachfolge halfen eine Reihe deutscher Ärzte und Hirnforscher mit, die so genannte Aktion T4 der Nationalsozialisten, in deren Rahmen unter der euphemistischen Bezeichnung „Euthanasie“ systematisch Behinderte und Psychiatriepatienten ermordert wurden, (pseudo-)wissenschaftlich zu legitimieren und durchzuführen.

Oskar Vogt wurde 1935 die Leitung des Kaiser-Wilhelm-Instituts entzogen, da er gegenüber Juden unvoreingenommen war, Ausländer beschäftigte und nach Ansicht der Gestapo nicht hinreichend gegen „kommunistische Propaganda“ innerhalb seines Instituts vorgegangen war. Nach einer Übergangszeit, in der er als kommissarischer Direktor fungierte, übernahm 1937 Hugo Spatz in enger Zusammenarbeit mit Julius Hallervorden das Institut. Die beiden waren nicht nur offiziell über die Aktion T4 informiert, sondern erhielten daraus auch eine große Anzahl von Gehirnen für ihre Forschung und Hallervorden war in mindestens einem Fall anwesend, als in Görden Kinder ermordet wurden, deren Gehirne daraufhin in seiner Abteilung seziert wurden. Beide Wissenschaftler hatten bis lange in die Nachkriegszeit hinein führende Positionen am Max-Planck-Institut für Hirnforschung inne, der Nachfolgeorganisation des Kaiser-Wilhelm-Instituts, und forschten teilweise weiter an den während des Kriegs „gewonnenen“ Materialien. Eine aktive Aufarbeitung dieses dunklen Kapitels der Hirnforschung in Deutschland setzte erst um die Jahrtausendwende ein. Zeugnis davon sind unter anderem das im Jahr 2000 eingeweihte Mahnmal am Max-Delbrück-Centrum in Berlin und die 2001 eingerichtete Sammlung Prinzhorn an der Universität Heidelberg.

Julius Wagner-Jauregg

Kurt Goldstein kritisiert die starre topographische Einteilung des Hirns in Funktionszentren (1934).

1949 wurde der Nobelpreis an zwei Forscher vergeben, denen es gelungen war, bestimmte Funktionen im Hirn zu lokalisieren. Der schweizer Physiologe Walter Rudolf Hess hatte die Auswirkungen gezielter elektrischer Reizungen im Zwischenhirn von Versuchstieren beobachtet und aufgrund dieser Experimente eine detaillierte funktionale Karte des Zwischenhirns geschaffen. Der zweite Preisträger war der portugiesische Neurologe António Caetano de Abreu Freire Egas Moniz, der die Leukotomie (auch „Lobotomie“ genannt) zur Behandlung psychiatrischer Krankheiten eingeführt hatte. Dieses Operationsverfahren, bei dem Teile des Gehirngewebes des Patienten durchtrennt wurden, begründete die Psychochirurgie. Aufgrund der drastischen Nebenwirkungen kam es jedoch nach Aufkommen der Neuroleptika schon bald kaum noch zum Einsatz und die Vergabe des Nobelpreises an ihn gilt heute als umstrittene Entscheidung.

Ab 1953 untersuchte der amerikanische Neurobiologe Roger Sperry die funktionale Spezialisierung der beiden Hälften des Großhirns. Zunächst experimentierte er mit Katzen und Affen, denen er zuvor den Balken durchtrennt hatte, der die beiden Hirnhälften verbindet. Da seine Versuchstiere sich von der Operation erholten, wagten die Neurochirurgen Philip Vogel und Joseph Bogen 1961 einen entsprechenden Eingriff bei einem Kriegsveteran, der unter schwerer und unkontrollierbarer Epilepsie litt. Nachdem diese Behandlungmethode erfolgreich war, wurde sie auch bei weiteren Patienten eingesetzt und Sperry weitete seine Experimente auf diese so genannten Split-Brain-Patienten aus. Seit dem 19. Jahrhundert war über die funktionale Aufteilung der beiden Gehirnhälften spekuliert worden. Sperry erhielt nun erstmals experimentell abgesicherte Ergebnisse, die viele der bestehenden Überzeugungen widerlegten: Während die rechte Hirnhälfte etwa zuvor als generell unterlegen und als nicht bewusstseinsfähig galt, konnte Sperry zeigen, dass sie zu eigenständigen Leistungen fähig und der linken Hälfte in bestimmten Aufgaben überlegen war, etwa bei der Raumerfassung oder dem Erkennen von Mustern und Stimmen. Für seine Erkenntnisse erhielt er 1981 die Hälfte des Medizin-Nobelpreises.

Die zweite Hälfte des Nobelpreises teilten sich in jenem Jahr Torsten N. Wiesel und David H. Hubel, die mit Einzelzellableitungen zur Aufklärung der Funktionsweise der Sehrinde beigetragen hatten.

Neue Methoden in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts

Noch Anfang des 20. Jahrhunderts waren die Hirnforscher im Wesentlichen darauf beschränkt, die Gehirne von Verstorbenen zu sezieren, Patienten mit Hirnschäden zu untersuchen, oder an freigelegten Hirnen von Versuchstieren zu experimentieren. Erst in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts kamen Methoden auf, die es ermöglichten am lebenden, gesunden Hirn Untersuchungen anzustellen, ohne dazu einen Eingriff vornehmen zu müssen. Erst diese neuen Methoden boten den Schlüssel zu vielen der heute als selbstverständlich betrachteten Erkenntnisse über das Gehirn. Die erste dieser Schlüsselmethoden war die Elektroenzephalografie (EEG), die es erlaubt, Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche aufzuzeichnen. Diese lassen wiederum Rückschlüsse auf die elektrische Aktivität des Gehirns zu.

Bereits 1875 hatte Richard Caton eine "kontinuierliche spontane elektrische Aktivität" der Hirnoberfläche beschrieben, die er jedoch noch auf den freigelegten Hirnen von Kaninchen und Affen ableitete. Das erste aufgezeichnete EEG wurde 1912 von Vladimir Vladimirovich Pravdich-Neminsky veröffentlicht, der es noch als "Electrocerebrogram" bezeichnete. Untrennbar mit dem Verfahren verbunden blieb jedoch der Name Hans Bergers, der 1924 als erster ein menschliches EEG aufzeichnete und seine Ergebnisse 1929 veröffentlichte. In den folgenden Jahren entwickelten zahlreiche Forscher das Verfahren weiter, routinemäßig kam es jedoch erst ab den 50er Jahren zum Einsatz. Ein wichtiger Meilenstein für die Vergleichbarkeit der erzielten Ergebnisse war die Standardisierung des 10-20-Systems zur Anordnung der EEG-Elektroden, die unter Leitung von Herbert Jasper erfolgte.

Im Jahre 1976 entwickeln Erwin Neher and Bert Sakmann die Patch-Clamp-Technik, die es erlaubt die Dynamik einzelner Ionenkanäle zu studieren, wofür sie 1991 den Nobelpreis für Medizin erhielten.

Eric Kandel, Paul Greengard und Arvid Carlsson erhielten 2000 den Nobelpreis „für ihre Entdeckungen zur Signalübertragung im Nervensystem“.

Stand zum Beginn des 21. Jahrhunderts

Im noch jungen 21. Jahrhundert entwickelt sich die Neurowissenschaft vor allem methodologisch weiter. So wird die Forschung an [[intelligenter Kontrastagent|intelligenten Kontrastagenten für die funktionelle Kernspintomographie vorangetrieben, um die Konzentration (und deren Änderung) beliebiger Substanzen im Gehirn meßbar gemacht werden kann. Diese Stoffe sollen im Prinzip die Anwesenheit eines bestimmten Stoffes durch eine im Kernspintomophraphen meßbare Änderung ihrer magnetischen Eigenschaften anzeigen. Damit könnte die Ausschüttung von Neurotransmittern oder Neuropeptiden im aktiven, lebendigen Gehirn praktisch in Echtzeit verfolgt werden.

Eine weitere Forschungsrichtung ist das funktionelle Studium des Neokortex auf Zell- und Synapsenebene. Für dieses sogenannten Blue Brain Projekt ist am Brain Mind Institut in Lausanne einer der 100 schnellsten Computer weltweit, ein Blue Gene Supercomputer mit 360 Teraflops angeschafft worden um die gewonnenen Erkenntnisse in einem gigantischen Computermodell zusammenzufassen. Durch das exakte Studium einer einzelnen sogenannten Kortikalen Säule von 2mm Höhe und einem Durchmesser von 0,5mm hofft man die Funktion der verschiedenen Transmitter-, Rezeptor-, Synapsen und Zelltypen in den Mikroschaltkreisen des Kortex auf die Spur zu kommen, bevor das Modell auf den gesamten Kortex (mit seinen etwa 1 Mio. Säulen) ausgeweitet wird. Diese Forschungsrichtung profitiert auch von der Entwicklung neuer Mikroskopiertechniken, die echte 3D Aufnahmen ganzer Gehirne erlaubt.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist in Überschneidung zur Philosophie die Suche nach einem Neuronalen Korrelats des Bewußtseins, einem Thema, das ähnlich der Physik mit ihren Erklärungen der Materie an eine der ältesten Fragen der Menschheit rührt, nämlich: Was ist der Mensch. Die Debatte zwischen Philosophen, Psychologen und Neurowissenschaftlern nimmt oftmals schon fast religiöse Züge an, da sich die Frage nach dem freien Willen direkt daran anschließt und Konsequenzen für die Ethik und unser Rechtssystem erwartet werden. Es ist nicht auszuschließen, dass die Neurowissenschaften der Menschheit eine weitere Kränkung im Freudschen Sinne beibringt.

Literatur

Allgemeine Darstellungen

• Erhard Oeser: Geschichte der Hirnforschung; Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt, 2002
• Michael Hagner: Homo cerebralis, Insel Verlag, Frankfurt 2000
• Olaf Breidbach: Die Materialisierung des Ichs, Suhrkamp, Frankfurt, 1997
• Kandel, E. R. & Squire, L. R., Neuroscience: Breaking Down Scientific Barriers to the Study of Brain and Mind, In: Science, 290:1113–1120, 2000.
• Peter Düweke: Kleine Geschichte der Hirnforschung. Von Descartes bis Eccles. Becksche Reihe, 2001 ISBN 3-406-45945-5

Sekundärtexte

• Kandel, Eric R.; Schwartz, James H.; Jessel, Thomas M.: Principles of Neural Science. McGraw-Hill, New York, 2000 4. Edition ISBN 0-8385-7701-6, S. 5–18)

Quellen

• Geschichte der Gehirnforschung
• Milestones in Neuroscience Research