Wie wir lernten, vorauszusehen: Die entscheidende Rolle des Kleinhirns bei der Vorhersage der Welt

Im Jahr 2018 veröffentlichte die Zeitschrift Springer Nature einen sehr merkwürdigen klinischen Fall : Eine 43-jährige Frau erlitt aufgrund eines abnormalen Gewirrs von Blutgefäßen in ihrem Gehirn einen Schlaganfall. Um sie zu retten, führten die Ärzte eine Embolisation durch, ein Verfahren, bei dem die defekten Gefäße verschlossen werden, um weitere Blutungen zu verhindern.

Aber nach dem Eingriff änderte sich etwas. Bei der Frau traten merkwürdige Symptome auf: Sie verlor ihre Koordination, hatte Konzentrations- und Wortschwall, verhielt sich unangemessen (lachte beispielsweise bei Beerdigungen oder Arbeitstreffen) und wurde impulsiv, aggressiv und reizbar. Er begann sogar Halluzinationen zu haben, beispielsweise sah er Flamingos um sein Haus herumlaufen.

Ihr Mann behauptete, das sei alles neu. Vor der Embolisation war sie eine erfolgreiche Anwältin und hatte keine psychiatrische Vorgeschichte. Dank berühmter Fälle wie dem von Phineas Gage (dem Arbeiter, der überlebte, als ihm eine Eisenstange durch den Frontallappen getrieben wurde), wissen wir, dass die Persönlichkeit vom Gehirn abhängt. Interessant war jedoch, dass der Schaden nicht in der Großhirnrinde, sondern im Kleinhirn auftrat.

Es stellt sich heraus, dass dieser „Blumenkohl“, der unter den Hinterhauptlappen verborgen ist, in der Vergangenheit unterschätzt wurde, weil man glaubte, er steuere lediglich die Bewegungskoordination. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise darauf, dass die Rolle viel umfassender ist. In den letzten Jahren gab es sogar Schlagzeilen, in denen das Kleinhirn als die neue Trophäe dargestellt wurde, die uns zu Menschen macht , und so dem Frontallappen etwas von der Aufmerksamkeit raubte.

Doch um zu verstehen, warum das Kleinhirn so wichtig ist, müssen wir zu seinen Ursprüngen zurückkehren. Es entstand aus primitiveren Strukturen, die ziemlich genial „kleinhirnähnliche Strukturen“ genannt wurden. Diese Strukturen sind bei einigen primitiven Fischen noch vorhanden, beispielsweise bei Haien, Rochen und Zitterfischen.

Ihre Funktion ist entscheidend: Sie helfen, zwischen äußeren und inneren Sinnesreizen zu unterscheiden. Haie beispielsweise jagen, indem sie die elektrischen Felder ihrer Beute wahrnehmen. Dabei gibt es jedoch ein Problem: Sie erzeugen selbst auch elektrische Felder, die diese Signale stören können.

Laut einer 2019 in Behavioral Neuroscience veröffentlichten Studie lösen kleinhirnähnliche Strukturen dieses Dilemma mit einem brillanten Mechanismus: einem adaptiven Filter. Dieses System verwendet eine Kopie der internen Motorbefehle, um selbst generierte sensorische Informationen vorherzusagen und zu unterdrücken. Das heißt, sie filtern internes Rauschen heraus und lassen nur relevante externe Informationen übrig.

Aus der Verdoppelung dieser Strukturen entwickelte sich das Kleinhirn, wodurch seine Vorhersagefähigkeit auf neue Funktionen, wie etwa eine bessere Bewegungskoordination, ausgedehnt werden konnte. Tatsächlich ist seine Entwicklung eng mit der Entstehung von Kiefern und paarigen Flossen bei Wirbeltieren verknüpft, was darauf schließen lässt, dass seine Evolution durch das Bedürfnis nach besserer motorischer und sensorischer Kontrolle vorangetrieben wurde.

Als die Wirbeltiere komplexere Nervensysteme und eine verbesserte Wahrnehmung entwickelten, wurden ihre neuen Funktionen auch durch das Kleinhirn unterstützt. Einer 2015 in Cerebellum veröffentlichten Studie zufolge besteht seine Aufgabe darin, wiederkehrende Muster zu erkennen und „interne Modelle“ zu erstellen, die es ihm ermöglichen, die Zukunft vorherzusagen und vorauszusehen, was als Nächstes passieren wird.

Wenn wir uns beispielsweise ein bekanntes Lied anhören, können wir mühelos die nächsten Noten oder den nächsten Text vorhersehen. Dies geschieht, weil das Kleinhirn die Sequenz identifiziert und ein Modell ihres Klangs erstellt hat. Ändert sich die Melodie unerwartet, passt es seine Vorhersage an, ohne dass wir es merken.

Seine Bedeutung spiegelt sich auch in seiner Anatomie wider. Obwohl das menschliche Kleinhirn nur 10 % des Gehirnvolumens ausmacht, beherbergt es 80 % seiner Neuronen. Während der gesamten Evolution der Säugetiere wuchs es im Verhältnis zum Rest des Gehirns, bei Affen und insbesondere beim Menschen war seine Ausdehnung jedoch enorm. Bei unserer Art ist es 31 % größer als erwartet.

Interessanterweise sind die meisten seiner Projektionen mit Bereichen der Großhirnrinde verbunden, die an kognitiven Aufgaben beteiligt sind. Ein 2018 in der Fachzeitschrift Frontiers in Cellular Neuroscience veröffentlichter Artikel legt nahe, dass das Kleinhirn für die Entwicklung von Eigenschaften, die den Menschen hervorbrachten, wie etwa Werkzeuggebrauch, Sprache und Kultur, von entscheidender Bedeutung war.

Vor Millionen von Jahren begannen die frühen Menschen mit der Herstellung von Steinwerkzeugen wie Äxten und Messern. Diese Aufgabe erforderte eine feine motorische Koordination und die Fähigkeit, vorherzusagen, wie der Stein beim Aufprall zerbricht. Dank seiner Fähigkeit, Abläufe zu erkennen und Ergebnisse vorherzusagen, ermöglichte das Kleinhirn im Laufe der Zeit die Perfektionierung dieser Technik.

Darüber hinaus wurde in neueren Forschungsarbeiten die Rolle der Intelligenz im Bereich der sozialen Intelligenz hervorgehoben, insbesondere in den fortgeschritteneren Stadien der Theory of Mind. Stellen Sie sich vor, jemand versteckt ein Spielzeug in einer Schublade und verlässt dann den Raum. Während er weg ist, bewegen Sie das Spielzeug an einen anderen Ort. Wo wird die Person nach dem Spielzeug suchen, wenn sie zurückkommt? Wenn Sie mit „in der Schublade“ antworten, verstehen Sie, dass die Person einen „falschen Glauben“ hat. Diese für die soziale Interaktion entscheidende Art des Denkens hängt von einer bestimmten Region des Kleinhirns ab, die als Crus I und II bezeichnet wird.

Allerdings sind wir nicht die einzigen mit einem außergewöhnlichen Kleinhirn. Bei Delfinen ist diese Struktur im Verhältnis zur Gesamtgröße ihres Gehirns außerdem außergewöhnlich groß , da sie komplexe Sinnesinformationen, insbesondere Hörinformationen, verarbeiten müssen. Besonders hervorzuheben ist eine Region namens Paraflocculus, die bei Delfinen enorm groß ist. Ihre Funktion besteht darin, Schallinformationen zu integrieren und in präzise motorische Reaktionen umzuwandeln, ein Schlüsselmechanismus für die Echoortung, der es ihnen ermöglicht, mit Hilfe von Schall zu „sehen“.

Ein weiteres Säugetier, das durch sein großes Kleinhirn auffällt, ist der Elefant . Diese Tiere haben im Verhältnis zur Gehirngröße das größte Kleinhirn aller bisher untersuchten Säugetiere. Es stellt etwa 18,6 % ihrer Gehirnmasse dar, fast das Doppelte der Gehirnmasse des Menschen, was darauf schließen lässt, dass es in ihrem Leben eine entscheidende Rolle spielt.

Wir wissen, dass das Kleinhirn für die Feinmotorik von entscheidender Bedeutung ist. Bei Elefanten ist dies aufgrund der Komplexität ihres Rüssels besonders wichtig. Dieses vielseitige und hochempfindliche Organ ermöglicht es ihnen, mit erstaunlicher Präzision zu fressen, zu trinken, zu kommunizieren und Objekte zu manipulieren. Elefanten nutzen Infraschall ebenfalls zur Kommunikation über große Entfernungen, und ihr Kleinhirn könnte dabei ebenfalls eine Schlüsselrolle spielen.

Wenn das Kleinhirn uns zu Menschen gemacht hat, hat es auch Elefanten zu Elefanten und Delfine zu Delfinen gemacht. Und wenn wir heute Gespräche führen, Bildhauerei betreiben und ins All reisen können, dann deshalb, weil die ersten Wirbeltiere vor vielen Millionen Jahren lernten, die Zukunft vorherzusagen.