Einleitung - preamble

Das Gehirn wird unüblich gegliedert. Verbundene Neurone und nicht Areale erbringen die Funktionen. Die Astrozyten als Teil der Glia befinden sich nun zwischen diesen Ketten aus verbundenen Neuronen. Eine These zur Funktion der Astrozyten zwängt sich auf.

Die andere Gliederung - the other division

Um das Funktionieren einer Maschine zu verstehen, bedarf es der funktionellen Gliederung. Jedes funktionelle Teil hat eine Funktion für das Ganze. Beim Auto sind dies z.B. Motor, Fahrgestell, Bremsen, Beleuchtung usw. Dagegen sind Schrauben, Blechteile, Leitungen usw. strukturelle Teile. Letztere ergeben die sogenannte Stückliste. Die funktionelle Gliederung bündelt jene Teile, welche an einer Funktion beteiligt sind. Die Aussage "Irgendwie sind mehrere Teile an der Funktion beteiligt." zeigt, es wurde falsch gegliedert. Wird das Auto über die Schrauben und Blechteile erklärt, bleibt die Funktion unverstanden. Wie schon erwähnt, bei korrekter Gliederung wird eine Funktion durch ein funktionelles Teil erfüllt.

Wie ist dies beim Gehirn? Das heutige Wissen stammt aus der Anatomie, also der Struktur. Verständlich daher, die Funktion aus den strukturellen Teilen erkennen zu wollen. Funktion wird im Verbund spezialisierter Hirnareale realisiert (modulares Gehirn, Anatomisch-funktionelle Gliederung), so das heutige Denken. Aber dann wird enttäuscht bemerkt: "Irgendwie ist Funktion im Zusammenspiel aller Teile verborgen." Wer dies sagen muss, hat falsch gegliedert! Also sind jene Teile zu bündeln, welche bei einer Funktion aktiv werden. Es sind nachweislich Bündel spezifischer Erregungsleitungen, sichtbar als Erregungsmuster. Die einzelnen Erregungen verlaufen meist vom Rezeptor zum Erfolgsorgan. In Millisekunden erreicht die Erregung ihr Ziel. Dabei verlaufen die Leitungen oft recht umständlich und nicht linear durch viele Hirnareale. Fazit: Diese Erregungsleitungen bilden die funktionellen Teile. Damit ist nicht nur erklärt, was falsch ist, sondern auch warum. Ein Umdenken wird erforderlich von der strukturellen zur funktionellen Gliederung. Hemmend stört die Tradition, geprägt in 100 Jahren Anatomieforschung.

Was ist nun anders? Hirnareale bestehen aus Nervengewebe, also aus den Zelltypen Neuron und Gliazelle. Die Erregungsleitungen dagegen bestehen aus Neuronen, verbunden über Synapsen. Gliazellen begleiten diese Leitungen (Schwannsche Zellen) und wirken zwischen diesen Erregungsleitungen (Astrozyten). Jetzt befinden sich Astrozyten zwischen funktionellen Teilen und nicht mehr in ihnen. Was machen die Astrozyten dort dazwischen?

Der Effizienzdruck - the efficiency pressures

Dies an einem einfachen Beispiel erklärt. Beim Greifen eines Apfels ist die Motorik genau abgestimmt. Ansonsten bleibt der Apfel liegen, wird ein Nachgreifen erforderlich, die Hand wird verletzt u.a. Ungenaue Motorik bewirkt Mehraufwand, eine schlechtere Energiebilanz (mathematisches Modell). Allgemein formuliert: Arbeitet ein funktionelles Teil schlecht, müssen andere diese Fehlleistung ausgleichen. Der gemeinsame Energieverbrauch steigt. So wird auch der Verursacher bestraft. Am gemeinsamen Energiebedarf funktionell abhängiger Teile ist die Effizienz, das Verhältnis vom Nutzen zum Aufwand, messbar (energetische Betrachtungen).

Die Astrozyten regeln die Effizienz - the astrocytes regulate the efficiency

Indem ein Astrozyt funktionell abhängige Erregungsleitungen ernährt, ist diese in der Lage, die Effizienz zu bewerten und zu fördern. Viele der bekannten Eigenschaften der Astrozyten werden so einheitlich erklärbar:

1. Die Notwendigkeit eines von den Neuronen abweichenden Zelltyps. Die Effizienzbewertung ist die einzige Funktion, welche das Neuron aus Prinzip nicht selbst kann. Die Effizienz zeigt sich am Energiebedarf von Aufwand und Nutzen. Ein Neuron wird immer subjektiv (egoistisch) vom gemeinsamen Energiepool nehmen. Von zwei möglichen Zuständen wird sich jener mit weniger Energiebedarf durchsetzen. Also bedarf es eines neutralen Verteilers.
2. Die klaren funktionellen und strukturellen Unterschiede zwischen Astrozyten und Neuronen. Die Neuronen leiten die Erregungen und die Astrozyten bewerten nach jeder Aktion.
3. Jetzt wird klar, warum Neurone über dem Umweg Astrozyt ernährt werden. Die Ernährung steuert das Änderungsverhalten der Neurone. Gutes Tun wird über Nährstoffe belohnt, mangelhafte Leistung durch Entzug bestraft. Ohne Astrozyten wären die Neuronen hilflos oder entarten.
4. Die Menge an Glia: 90% Glia und 10% Neuronen (zeigt die Menge funktioneller Abhängigkeiten, auch zwischen Astrozyten). Die Astrozyten befinden sich zwischen funktionell abhängigen Neuronen.
5. Die teils langen Strahlen der Astrozyten (nicht benachbarte, sondern funktionell abhängige Neurone werden versorgt).
6. Die Veränderung der Gliawege nach Lernvorgängen. Geänderte Funktion ergibt geänderte funktionelle Abhängigkeiten. Die Astrozyten folgen, werden platziert zwischen den funktionell abhängigen Neuronen.
7. Die geringen Nährstoffreserven im Gehirn sind nicht nur Platzmangel. Nur bei geringen Reserven funktioniert die Effizienzbewertung, weil dann der Mangel sofort spürbar ist. Nur bei geringen Reserven kann eine Erregungsleitung auf Veränderung schnell reagieren. Folgerung: Dort, wo Lernen passiert, sind die Reserven gering.
8. Neurone, welche z.B. durch eine Läsion, ihre Funktion nicht mehr erfüllen können, werden durch Nährstoffentzug eliminiert (Apoptose).
9. Jedes Neuron ist baulich unterschiedlich, ganz speziell optimiert. Die Impulse zur Anpassung erhält das Neuron über die anliegenden Astrozyten. Die biochemischen Vorgänge sind ansatzweise hier formuliert.
10. Es gibt nachweislich keine Zentrale, welche die Hinveränderungen steuert. Die Steuerung findet im Detail vor Ort statt. Eben durch die Bewertung der Astrozyten und letztere gibt es überall. Ein Regelzentrum wäre bei der Menge an Details überfordert.
11. Die Astrozyten optimieren zwischen kleinsten funktionellen Zusammenhängen und in der Summe wird diese Optimierung an den großen Funktionen sichtbar (im Alter versagen die kleinen Zellfunktionen und dies führt zum Versagen der komplexen Funktionen).
12. Das Gehirn nutzt zur Steuerung Naturgesetze (Effizienz, zweiter Hauptsatz der Thermodynamik) oder anders ausgedrückt: Es wird durch bekannte Naturgesetze gesteuert. Es bedarf keiner zusätzlichen und bisher unbekannten Kraft. Selbstorganisation
13. Die Gliasteuerung laut obiger These brauchte die Evolution nicht erfinden. Schon mit der ersten Arbeitsteilung wurde auch die Nährstoffversorgung verzweigt. Aus dem anfänglich einen Reservoir wurden viele kleine.
14. Neurone knüpfen auf Verdacht neue Verbindungen und warten auf eine Belohnung durch die Astrozyten. Erfolgt die Belohnung, wird die Verbindung verfestigt (Bahnung). Das Ausbleiben der Belohnung führt zum Lösen der Verbindung (Jäten).
15. Die Blut-Hirn-Schranke ist zu überdenken. Die Astrozyten verteilen selektiv nach Leistung. Zum Filtern braucht es keine Extrazelle, schon eine Membran kann dies. Aus Heise: Sie nehmen die neuronalen Signale auf und regulieren nach dieser Vorgabe direkt den Blutfluss.
16. Der US-Hirnforscher Phil Haydon erklärt: "Die Astrozyten scheinen zumindest manchmal sogar die Funktion eines Dirigenten zu erfüllen: Sie hören den Neuronen nicht nur zu, sie sprechen auch mit ihnen und erteilen ihnen Anweisungen". Prof. Steinhäuser meint: "Nervenkitt kommuniziert". Andere Forscher sprechen von intelligenter Glia: "Die Gliazellen geben vor und die Neuronen folgen". Mittels Gliathese ist dies einfach zu erklären.
    Über viele kleine Kanäle wird die Effizienz messbar. Im Streben nach bester Ernährung folgen die Neuronen der Nährstoffbilanz. Die Astrozyten sind also so intelligent wie ein Wasserrohr. Beide leiten. Ihr "Wissen" erhalten die Astrozyten über Milliarden kleiner, genau positionierter Kanäle (Gap_Junction, Synzytium), welche die Effizienz zeigen. Es ist die Bilanz, welche die Astrozyten über ihre Kanäle messen. Sie sind der Buchhalter. Die Astrozyten entscheiden nicht, sie ermitteln und zeigen.
17. "Die Menge an Glia korreliert irgendwo mit der Intelligenz", so eine aktuelle Aussage. Wie dies mit der Gliathese deuten? Die Astrozyten widerspiegeln funktionelle Abhängigkeiten. Je mehr Erregungsleitungen, desto mehr funktionelle Abhängigkeiten. Und desto mehr Astrozyten. Aber nicht nur die Menge ist wichtig, sondern auch deren korrekte Platzierung zwischen funktionell abhängigen Erregungsleitungen.

Zusammenfassung - summary

Die Neuronen leisten und die Glia bewertet nach jeder Aktion. Die Glia optimiert kleinste, kleine und in der Summe die großen Funktionen. Die Optimierung passiert vor Ort durch die vielen funktionellen Abhängigkeiten und mittels kleiner Reservoirs in den Astrozyten. Es gibt kein strukturelles Zentrum, welches die Details an den Neuronen determiniert. Alles wird ausbalanciert vor Ort, eben durch die massiv vorhandenen Astrozyten.

Nicht die Hirnareale, sondern die schwer lokalisierbaren Erregungsleitungen (deren Benutzung und Erfolg) realisieren Funktion und verändern das Gehirn (die strukturelle Basis). Wie schon erwähnt, ein Umdenken ist notwendig, um zu verstehen.

Not the brain areas, but the heavily localized saltatory conduction (which the use and success) to realize function and alter the brain (the structural basis).

Die andere Gliederung ermöglicht weit mehr als nur die These zur Funktion der Astrozyten. Endlich raus aus der Sackgasse der sogenannten funktionellen Anatomie. Dabei ist der Ansatz so simpel: korrekt funktionell gliedern: Hirnscans zeigen es doch: Jeweils spezielle Erregungsmuster zeigen die bei Funktion aktiven Erregungsleitungen. Letztere realisieren die jeweilige Funktion.

Impressum

Ich kann versichern, dass die obigen Gedanken mein Eigentum sind und Rechte Dritter nicht bestehen. Für Hinweise bin ich dankbar Herrn Dr. Sprung an der Humboldt-Universität Berlin, Herrn Dr. Plötner Bad Elster, Herrn Prof. Ermisch Leipzig, Herrn Prof. Kochendörfer Freiburg und Herrn Prof. A.Reichenbach am Paul-Flechsig-Institut Leipzig.

Das Schwerpunktthema Nr. 1172 der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG wurde von den Professoren Andreas Reichenbach, Christian Steinhäuser und Helmut Kettenmann forciert. Prof. Reichenbach kennt die sogenannte obige Gliathese und gratuliert zum Denkansatz. Ich habe ihm zu danken für viele Hinweise per Email über Jahre.

Der Text auch im Buchhandel erhältlich (ISBN: 9783839139844) für 9,60 Euro.

Diplom-Mathematiker Stefan Pschera Bahnhofstr. 6 D-08265 Erlbach Kopierrechte beim Verfasser info@straktur.de

Januar 2010