1. Die Leitungsgliederung konta funktioneller Anatomie

Eine kleine, scheinbar unwichtige Folgerung aus 3.: Die Astrozyten befinden sich nicht mehr in, sondern zwischen funktionellen Teilen. Dies gilt bei struktureller Gliederung (1. und 2.) nicht. Bei struktureller Gliederung bestehen funktionelle Teile aus vermengten Neuronen und Gliazellen. Da bleiben die 90% der Hirnzellen Hilfsarbeiter, "Knechte", wie Prof. M.Roth meint. Erst mit der Gliederung in Erregungsleitungen ergeben sich neue Gedanken, z.B. die These zur Funktion der Astrozyten.

2. Der Effizienzdruck

Was machen die vielen Astrozyten zwischen funktionellen Teilen?

Dies an einem einfachen Beispiel erklärt.
Beim Greifen eines Apfels ist die Motorik genau abgestimmt. Ansonsten bleibt der Apfel liegen, ein Nachgreifen wird erforderlich, die Hand wird verletzt. 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).

3. These: Die Astrozyten regeln die Effizienz

Indem ein Astrozyt funktionell abhängige Erregungsleitungen ernährt, (und dies passiert in kleinsten Details) 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 im Änderungsverhalten hilflos oder entarten. Es fehlen die Gliasignale.
4. Am Neuron docken ca. 20 000 Synapsen an. Es wird eng am Neuron. Aber außerdem docken an diesen Synapsen unzählige Astrozyten an (pap= peripheral astrocytic process). Mit Hilfsaufgaben ist dies nicht erklärbar. Laut Gliathese versorgen Astrozyten genau eine Erregungsleitung von den 20 000. Deshalb die vielen Astrozytenkontakte.
5. Das neuronale Netzwerk besteht also nicht aus 100 Milliarden (oder mehr) Knoten (=Neuronen), sondern 20 000 * 100 Milliarden Knoten.
6. Die Astrozytenkontakte überwachen jeweils einzelne Erregungsleitungen. Diese Information muss übermittelt werden. These: Dies machen die dicken Myelinscheiden. Deshalb die Dicke, eben wegen der vielen kleinen Informationswege.
7. Die Menge an Glia: 90% Glia und 10% Neuronen (zeigt die Menge funktioneller Abhängigkeiten, auch zwischen Astrozyten). Die Astrozyten befinden sich zwischen funktionell abhängigen Erregungsleitungen.
8. Die teils langen Strahlen der Astrozyten wirde verständlich. Nicht benachbarte, sondern funktionell abhängige Neurone werden versorgt.
9. Nach Lernvorgängen verändern sich die Astrozytenkontakte. Geänderte Funktion ergibt geänderte funktionelle Abhängigkeiten. Die Astrozyten folgen, werden platziert zwischen den funktionell abhängigen Neuronen.
10. Astrozyten haben zwischen ihnen Gap Junctions (Kettenmann). Solche Kanäle ermöglichen kleine Reservoirs über mehrere Astrozyten.
11. 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 besonders gering.
12. Neurone, welche z.B. durch eine Läsion, ihre Funktion nicht mehr erfüllen können, werden durch Nährstoffentzug eliminiert (Apoptose). Die Astrozyten bewerten die Nichterfüllung als mangelhaft funktionelles Tun.
13. 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.
14. Es gibt nachweislich keine Zentrale, welche die Hirnveränderungen 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.
15. 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).
16. 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
17. 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.
18. Neurone knüpfen auf Verdacht neue Verbindungen und warten auf eine Belohnung durch die Astrozyten (ein passender Text dazu). Erfolgt die Belohnung, wird die Verbindung verfestigt (Bahnung). Das Ausbleiben der Belohnung führt zum Lösen der Verbindung (Jäten).
19. Die Blut-Hirn-Schranke schützt nicht, sondern gibt selektiv. 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.
20. 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.
21. "Die Menge an Glia korreliert irgendwo mit der Intelligenz", so eine 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.

4. Zusammenfassung

Nicht die Hirnareale, sondern die schwer lokalisierbaren Erregungsleitungen (deren Benutzung und Erfolg) realisieren Funktion und verändern das Gehirn (die strukturelle Basis). Psychische Aktivität wird in den Erregungsleitungen generiert.

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. Nur so ist die bekannte Hirnflexibilität realisierbar, siehe z.B.

Die Astrozyten optimieren energetisch über Billionen kleiner Reservoirs. Engramme werden passend verändert. Funktionelle Störungen werden energetisch korrigiert (Selbstheilungskräfte). Da haben wir einen unglaublich mächtigen Helfer in uns. Aber dieser optimiert egoistisch, sichert unbewußt die eigene Existenz und verfälscht egoistisch die Sprache.

Bei der traditionellen strukturellen Gliederung bleiben die Astrozyten in Menge und Tun unverstanden. Also, endlich raus aus der Sackgasse der funktionellen Hirnanatomie, raus aus der anatomisch-funktionellen Denkfalle. Seit Jahren gibt es dazu Hinweise, z.B. [1] oder [2]. Dabei ist der Ansatz so simpel: Einfach korrekt funktionell gliedern. Leider erschwert die Tradition das Umdenken.
Bei struktureller Gliederung tut eine begrenzte Anzahl von Neuronen Globales. Das geht nicht, weil schon die Menge an Informationseingang nicht da ist. Das Auge z.B. liefert Millionen Details. Ein Areal verfügt nur ein Bruchteil davon. Ohne Vorarbeit ist es den Areal unmöglich auszuwerten.
Wie schon erwähnt, die Anatomie, also die Struktur, lieferte unser Wissen über das Gehirn und in diesem Lokaldenken verharrt das heutige Denken.

5. Die Suche nach der Funktion der Astrozyten

Immer mehr wird deutlich, die Astrozyten sind keine Hilfszellen. Die Menge an Astrozyten, die teils langen Strahlen zu entfernten Zellen, die Menge an Astrozyten und das Änderungsverhalten passen nicht zur Funktion Hilfszelle. Dies beunruhigt. Irgendetwas stimmt nicht. Deshalb wurde die Erforschung der Glia zum Schwerpunktthema der DFG, Nr. 1172. Schon die Erkenntnis der Wichtigkeit der Glia wird (voreilig) als Revolution in der Hirnforschung bezeichnet. Im Jahr 2006 wurde von Prof. Dr. Christian Steinhäuser die Airbagthese veröffentlicht. Seit 2010 gibt es die Atmungsthese. Die Straktur-Gliathese gibt es seit ca. 1984, siehe Brief von Dr. Sprung. Aktuell fördert die DFG die Molekularphysiologie des Gehirns Die Uni Bonn veröffentlichte im Juli 2011 die Pampersthese. Auf Hinweis antwortete Dr. Amin Derouiche am 29.7.2011

Sehr geehrter Herr Pschera,
haben Sie vielen Dank für den Hinweis auf Ihre Internetseite und Ihre klaren Thesen, von denen ich sehr angetan bin und zu denen ich Ihnen gratulieren möchte.
Tatsächlich weisen unsere Untersuchungen auch auf solch eine Selbstorganisation der "Weichen" hin, besonderes die jetzige Veröffentlichung, nur daß im Fachblatt eher die reinen Beobachtungen im Vordergrund stehen. Es geht darin um die Synapsen, den Beitrag der Gliazellen dazu sowie um Mechanismen der aktivitätsabhängigen Selbstorganisation der Effizienz von Synapsen. Es sollte sich gut einfügen in den Abschnitt "Wer stellt die Weichen in diesem gigantischen und doch filigranen Netz?".
PD Dr. Amin Derouiche, Institute of Anatomy II, University of Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 7, D-60590 Frankfurt/M

6. Die filigranen Erregungsleitungen

Eine Erregungsleitung beginnt beim Rezeptor, springt über die Synapsenkontakte von Neuron zu Neuron und endet am Erfolgsorgan. Aber nur,wenn nicht durch andere Leitungen gehemmt. Wie dies erklären?
Anfangs war die Welt wie heute. Aber der Urorganismus war unfähig zu erkennen. Stück für Stück wurde differenziert. Aus einer Erregungsleitung wurden zwei, dann drei, dann vier .. Es bedarf keiner Makroevolutionsschritte, um dies zu verstehen. Heute sind es Billionen Erregungsleitungen, successive evolutioniert. Und diese Erregungsleitungen mussten sich immer und wieder bewähren. D.h. deren Tun wird bewertet. Fehlerhaftes Tun wird korrigiert oder die entsprechende Erregungsleitung unterbrochen.

• Die Erregungsleitungen verlaufen nebeneinander, kreuzen, berühren sich intrazellulär. Bei wiederholter Gleichzeitigkeit verschmelzen die Leitungen wegen der Effizienz (Gliathese). Dieser neurobiologischer Fakt wird psychologisch als Konditionierung und Assoziation sichtbar ... Psychologische Kategorien lassen sich neurobiologisch deuten.
• Jeder nonverable Vorgang wird sprachlich begleitet/bewertet. Dies bewirkt Konditionierung. Sprachliche und nichtsprachliche Erregungen verschmelzen. So kann die Sprache organisch verändern. Falsche sprachliche Bewertung schädigt, z.B. die negative Bewertung einer notwendigen Aktivität. Allgemein formuliert: Wiederholte zeitliche Korrelation führt zur Verschmelzung von Erregungsleitungen. So passiert das Lernen einer Folge, eines Musikstückes, eines Weges, eines Satzes ..
• Mit der Menge an Erregungsleitungen steigt die Umwelterkennung. Handlungsvarianten werden wahrscheinlich, z.B. die Auswahl einer Frucht oder die Entscheidung zwischen Angriff und Flucht. Es bedarf einer Koordinierung und Hemmung. Ansonsten wäre es ein Hin und Her am motorischen Ausgang, ein Zappeln. Also müssen Erregungsleitungen gehemmt werden! Und genau dies wird an den Synapsenkontakten sichtbar. Manche Synapsen hemmen. Die Erregungsleitungen determinieren nicht mehr, sondern können nur fordern. Die Kausalität (Ursache -> Wirkung) ist scheinbar verletzt. Der Wille entsteht successive.
• Eine Erregungskette springt von Neuron zu Neuron. Dabei nutzt diese jeweils nur winzige Teile des Neurons. Der möglich kleinste Teil ist eine dissipative Struktur. Dissipative Strukturen existieren im Fliessgleichgewicht. Abweichungen vom status quo stören. Dies gibt einen hypothetischen Ansatz zu Schlaf und Traum.
• Es ist bei der Gliederung in Erregungsleitungen für das Gehirn simpel, parallel zu tun. Die eine Erregungsleitung macht dies, die andere jenes. Die traditionelle Gliederung in spezialisierte Kerne hat hier Probleme. Ein Kern muss bei traditioneller Gliederung mehreres gleichzeitig tun. Die DFG bewilligt Millionen zur Erforschung des "Multitasking" im Gehirn: "Neuronale Grundlagen der Handlungskontrolle". Bei der Leitungsgliederung ist Multitasking kein Problem.
• Laut Spiegeltheorie können spezialisierte Zellen/Zellgruppen globale Vorgänge auswerten. Aber schon am Auge liegen 5 Millionen Details an, das spezialisierte Neuron/Areal hat ca. 20 000 Eingänge. Viel zuwenig zur Auswertung eines globalen Vorgangs. Es ist rein technisch unmöglich, das spezialisierte Kerne komplexe Reizmuster auswerten können.

7. Impressum

Ich kann versichern, dass die obigen Gedanken mein Eigentum sind und Rechte Dritter nicht bestehen. Die obigen Gedanken sind kein Plagiat. Für Hinweise bin ich dankbar Herrn Prof. Dr. Lothar Sprung an der Humboldt-Universität Berlin, Herrn Dr. Plötner Bad Elster, Herrn Prof. Armin Ermisch, Herrn Prof. Kochendörfer und Herrn Prof. Andreas Reichenbach am Paul-Flechsig-Institut Leipzig. Prof. Reichenbach kennt die obige Gliathese und gratuliert zum Denkansatz.

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