Der Begriff Straktur - the term straktur

Der Begriff Straktur ist neu. Straktur wird definiert als funktionelles Teil im Gehirn. Aber dies sind nicht die Areale und Kerne. Man weis doch, eine Aktivität zeigt sich an speziellen Erregungsmustern, bestehend aus vielen einzelnen Erregungsleitungen. Die Erregungsmuster (auch Aktivitätsmuster genannt) zeigen, was das Gehirn tut. Also bilden diese ganz filigranen Erregungsleitungen das jeweilige funktionelle Teil.

Da kein etablierter Begriff passte, wurde ein neuer Begriff notwendig. Prof. Armin Ermisch hat den Begriff Straktur vorgeschlagen. Eigentlich wäre der Begriff "funktionelles Teil" besser. Leider ist dieser Begriff anders belegt. Als funktionelles Teil werden im Gehirn die lokal abgrenzbaren Areale und Kerne bezeichnet. Erregungsleitungen sind dagegen lokal nicht eingrenzbar, sondern laufen quer durch viele Areale.

Was kann der neue Begriff, diese andere funktionelle Gliederung? Dies soll am Beispiel der Astrozyten gezeigt werden. Aber weit mehr ist möglich .. Bei all dem Detailwissen ist es höchste Zeit zum Umdenken, raus aus der lokal-funktionellen Sackgasse. Die Akteure sind die Erregungsleitungen und eben nicht die Areale und Kerne.

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 Stückliste. Die funktionelle Gliederung bündelt jene Teile, welche an einer Funktion beteiligt sind. Die Aussage "Irgendwie sind mehrere Teile an der Funktion beteiligt." zeigt, das falsch gegliedert wurde. 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 sichtbaren Struktur. Verständlich daher, die Funktion aus den sichtbaren Teilen erkennen zu wollen. Bei Maschinen gibt es vorab einen funktionellen Bauplan. Beim Gehirn gibt diesen Plan nicht. Die über 100 Jahre dauernde Anatomieforschung prägt das heutige Denken. Aber diese Tradition erschwert leider das Umdenken von räumlich abgrenzbarer zur funktionellen Gliederung. Funktion lässt sich im Gehirn nicht lokal abgrenzen, siehe oder siehe. Damit ist nicht nur erklärt, was falsch ist, sondern auch warum. Wird eine Maschine über die Stückliste erklärt, bleibt diese unverstanden. Aber genau so, mittels der lokal abgrenzbaren Teile, wird das Gehirn erklärt.

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 ganz spezifischer Erregungsleitungen, sichtbar als Erregungsmuster (auch Aktivierungsmuster genannt). 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. Eine Erregungsleitung durchläuft viele Neurone, wird durch andere Leitungen verstärkt, wiederum andere hemmen.

Bei Hirnscans werden Erregungsmuster ausgewertet. Leider sogleich die fatale Reduzierung zum Bildlichen, zur anschaulichen Struktur. Aktive Kerne werden farblich als funktionelles Teil gekennzeichnet. Funktion wird doch durch Erregungsleitungen realisiert, aber weiterhin werden Areale als funktionelle Zentrum definiert! Warum wird dieser logischer Fehler nicht bemerkt?
Eine solche Unsicherheit gab es schon. Obwohl die Kugelform der Erde bekannt, wurde diese weiterhin in gewohnter Manier als Scheibe abgebildet. Wie viel Zeit zum Umdenken wird diesmal benötigt?

Vergleich der Gliederungen:

Bisher: Gliederung in lokale Strukturen (Areale und Kerne)

Neu: Gliederung in Bündel spezifischer Erregungsleitungen (Erregungsmuster)

Die Menge an Arealen und Kernen ist endlich. Kerne und Areale können überhaupt nicht die komplexen Reizsituationen auswerten, weil diese nur einen Teil der Eingang-Informationen erhalten, siehe Großmutterneuron. Die Mechanismen zur Reduktion des Erregungsstroms aus den Sinnesorganen ist ungeklärt (Schutz vor Reizüberflutung). Areale müssen die jeweilige Situation analysieren und entscheiden. Dies braucht Zeit. Wie kann ein Areal seine Entscheidungen verändern? Jedes Gehirn ist anders. Wenn Areale die Funktion erfüllen, müssten sich diese unterscheiden. Es unterscheiden sich aber die Erregungsleitungen. Eine Funktion beansprucht viele Areale. Astrozyten befinden sich in den funktionellen Teilen. Nervengewebe besteht aus vernetzten Neuronen und Astrozyten. Die Evolution der Areale und Kerne ist unklar. Die Areale und Kerne determinieren den Verlauf der Erregungen. Die Erregungsleitungen zwischen den Arealen sind unwichtig.

Die möglichen Varianten der Verschaltungen und damit Erregungsleitungen sind nahezu unendlich. Die Erregungsleitungen verfügen über alle eingehende Reize, konvergieren und divergieren vorgeprägt. Ein Reizmuster erzeugt nur dann ein Erregungsmuster, wenn es passt (oder scheinbar passt). Alles andere verläuft ins Leere. Die Erregung läuft einfach durch, wird hinterher bewertet und gegebenfalls in ihrem Lauf verändert. Ein paar Synapsen geändert und schon ist die Funktion eine andere. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität mit wenig Aufwand. Wenn Erregungsleitungen die Funktion erfüllen, so sind diese selbstverständlich bei jedem Gehirn anders verschaltet. Eine Funktion wird durch das jeweilige eine funktionelle Teil realisiert. Astrozyten befinden sich zwischen den Erregungsleitungen, also zwischen funktionellen Teilen. Erregungsleitungen wurden successive differenziert. Erst Hell/Dunkel-Unterscheidung, heute Detailerkennung. Immer filigraner wurden die Erregungsleitungen im Laufe der Evolution. Erregungsleitungen zeigen Evolution! Die Benutzung und der Erfolg der Erregungsleitungen prägen die strukturelle Basis, das Gehirn.

Also, logisch und konsequent bleiben. Die Erregungsleitungen sind die funktionellen Teile! Ein Umdenken wird erforderlich von der bisherigen, lokal strukturellen zur funktionellen Gliederung! Psychische Aktivität wird in den Erregungsleitungen generiert. Diese Aussage ist genauso trivial, wie in der Physik die nichtkonstante Zeit.

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 vielen 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. Astrozyten haben zwischen ihnen Gap Junctions (Kettenmann). Solche Kanäle ermöglichen kleine Reservoirs über mehrere Astrozyten.
8. 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.
9. Neurone, welche z.B. durch eine Läsion, ihre Funktion nicht mehr erfüllen können, werden durch Nährstoffentzug eliminiert (Apoptose).
10. 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.
11. 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.
12. 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).
13. 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
14. 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.
15. 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).
16. 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.
17. 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.
18. "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

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 Erregungsleitungen generiert! Dieses Umdenken hat Dr. Sprung schon 1984 ansatzweise verstanden.

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 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. Das ist deren eigentliche Funktion!

Die andere Gliederung ermöglicht weit mehr als nur die These zur Funktion der Astrozyten. Endlich raus aus der Sackgasse der lokal-funktionellen Hirnanatomie. Dabei ist der Ansatz so simpel. Einfach korrekt funktionell gliedern. Psychische Aktivität wird in Erregungsleitungen generiert.

Die Funktion der Astrozyten - the function of astrocytes

Immer mehr wird deutlich, die Astrozyten sind keine Hilfszellen. Die Menge an Astrozyten, die teils langen Strahlen zu entfernten Zellen und das Änderungsverhalten passen nicht zur Funktion Hilfszelle. Deshalb wurde und ist 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.

Impressum

Ich kann versichern, dass die obigen Gedanken mein Eigentum sind und Rechte Dritter nicht bestehen. 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