Was zum Teufel ist ein Claustrum?

Angesichts seiner subjektiven Natur ist Bewusstsein bereits ein kontroverses Thema in der Welt der Hirnforschung. Während einige Neurowissenschaftler bezweifeln, dass das Bewusstsein überhaupt untersucht werden kann, versuchen andere immer noch Teile des Gehirns zu identifizieren, die das subjektive Bewusstsein unterstützen. Bei einem Treffen von Neurowissenschaftlern am 15. Februar in Bethesda, Maryland, hat eine Ankündigung die Suche nach einem besseren Verständnis des Bewusstseins wieder in den Mittelpunkt gerückt. Ein Team von Neurowissenschaftlern unter der Leitung von Christof Koch hat Neuronen in einer relativ obskuren Gehirnregion namens Claustrum identifiziert, die Fasern weit in die gesamte Großhirnrinde schicken, weit über das hinaus, wo sie projiziert werden sollen. Ein in der Präsentation gezeigtes Neuron verschlang das Gehirn wie eine "Dornenkrone" mit seinen kolossalen Fasern. Laut Nature News sieht Koch dies als Beweis dafür, dass das Claustrum Inputs und Outputs im Gehirn koordinieren kann, um Bewusstsein zu schaffen.

Die Hypothese, dass eine Gehirnregion eine privilegierte Position als zentraler Torwächter des Bewusstseins einnehmen könnte, wird sicherlich Diskussionen in einer Gemeinschaft auslösen, die oft fast jeder Theorie des Bewusstseins skeptisch gegenüber steht. Aber bevor wir die Plausibilität dieser Hypothese untersuchen, was zum Teufel ist ein Claustrum?

Im Gegensatz zu bekannten Freunden wie Großhirnrinde, Kleinhirn, Amygdala oder Medulla fühlt sich das Claustrum wie der geheimnisvolle Nachbar in Ihrem Wohnhaus an, den Sie noch nie gesehen haben. Wenn wir über das Claustrum sprechen, beziehen wir uns auf eine extrem dünne Neuronenschicht, die sich direkt unter dem Insellappen des Cortex befindet, dem verborgenen Lappen, der nur von einem Chirurgen gesehen werden kann, wenn andere Teile des Cortex zur Seite gezogen werden. Die meisten, wenn nicht alle Säugetiere haben ein Claustrum. Aber merkwürdigerweise kann niemand definitiv sagen, was das Claustrum tut oder warum es wichtig ist. Die gruselige Wahrheit ist, dass kein Gehirnchirurg Ihnen wirklich sagen kann, was passieren würde, wenn er oder sie diese millimeterdünne Neuronenschicht aus Ihrem Schädel entfernen würde.

Das Claustrum ist als blaues Blatt unter der Hirnrinde dargestellt.

Quelle: Greys Anatomie / Wikimedia Commons

Dies ist wahrscheinlich, weil das Claustrum zu seltsam geformt ist, um leicht manipuliert oder geschädigt zu werden. Jedes Gehirn hat zwei Claustra, die entlang einer Linie ausgerichtet sind, die von der Vorderseite des Kopfes nach hinten zeigt. Wie ein schlampiger Pfannkuchen, der auf einem Campingausflug hastig gekocht wird, erscheint der menschliche Claustrum als dünnes, gewundenes Blatt. Anders als die walnussförmige Amygdala – eine kleine, kompakte Struktur, deren einfache Grenze leicht dem tückischen Weg des Gewebetods nach einem Schlaganfall entsprechen würde – bedeutet die seltsame Anatomie des Claustrum, dass es nicht leicht verletzt werden kann, ohne auch viele benachbarte Gehirnstrukturen zu beschädigen. Aus diesem Grund müssen Ärzte noch einen Patienten treffen, dessen Claustralläsion oder Verletzung eindeutig mit einem Verhaltens- oder kognitiven Defizit verbunden sein kann. Darüber hinaus können Wissenschaftler die Klaustrum eines Tieres nicht leicht verletzen, ohne andere Bereiche des Gehirns zu schädigen. Als Ergebnis hat bisher kein Experiment eine funktionelle Rolle für das seltsamste Stück Anatomie des Gehirns eindeutig festgestellt.

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Eine andere merkwürdige Tatsache über das Claustrum ist seine Mangel an verschiedenen Zelltypen. Verglichen mit der großen Vielfalt von Neuronen, die in anderen Teilen des Gehirns wie dem Cortex vorkommen, weist das Claustrum nur wenige verschiedene Arten von Neuronen auf. Angesichts dieser Tatsache, kombiniert mit der verschwindend geringen Breite des Claustrum, könnte man versucht sein, den Claustrum als eine verkümmerte Hirnregion, eine anatomische Struktur wie der menschliche Blinddarm, der keinem klaren Zweck mehr dient und von Generation zu Generation von den Sparsamen fortgeschrumpft wird, zu verwerfen Hände der natürlichen Auslese.

Aber es gibt viele Beweise, dass das obige Bild falsch ist. Die Maus Claustrum überträgt ihre Bedeutung durch die schockierende Breite ihrer Projektionen, die Kochs Team kürzlich aufgenommen hat. Aber könnte das menschliche Claustrum noch verkümmert sein? Dies ist auch unwahrscheinlich. Eine bildgebende Studie an Menschen von Jack Van Horn und seinen Kollegen von der University of Southern California zeigte, dass keine andere Gehirnstruktur vergleichbaren Volumens so viele anatomische Verbindungen zu anderen Gehirnstrukturen aufweist. Mit anderen Worten, das Claustrum ist wie eine winzige Bahnstation, die trotz ihrer kompakten Größe Abfahrten und Ankünfte von vielen anderen Bahnhöfen sendet und empfängt. Die extrem hohe Konnektivität des Claustrum deutet darauf hin, dass es in einem oder mehreren Gehirnnetzwerken täuschend wichtig ist. In der Tat kommt der sensorische Input aus fast allen Regionen des Kortex zum Claustrum.

Verbindungen zwischen vielen anderen Hirnregionen und dem Claustrum sind hier farblich abgebildet.

Quelle: Gattass et al., Front. Syst. Neurosci., 07 Mai 2014 (Creative Commons Lizenz)

Angesichts dieses revidierten Bildes des Claustrum – weit entfernt von einem neuralen Appendix – läutet ein neuer Irrtum ein. Es ist nicht schwer, sich das Claustrum als eine Art Kommandozentrale des Gehirns vorzustellen, dessen Inneres von Fernsehbildschirmen gesäumt ist, die die volle Aktivität des Gehirns anzeigen, während ein kleiner Mann Limonade schlürft und Knöpfe drückt. Wir sind vielleicht zu dieser zweifelhaften Hypothese hingezogen, und zwar durch einen veröffentlichten Bericht einer Frau mit Elektroden, die tief in ihr Gehirn eingeführt wurden, um Anfälle zu behandeln. Die Stimulation durch eine Elektrode zwischen dem linken Klaustrum und dem Inselrinde führte dazu, dass die Frau das Bewusstsein verlor, das sie nach Beendigung der Stimulation wiedererlangte. Da andere in der Nähe befindliche Elektroden nicht die gleiche Wirkung hatten, ist dieser Fallbericht das, was Wissenschaftler am ehesten einer richtigen Läsionsuntersuchung des Claustrum zugänglich machen.

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Ist das Claustrum also eine figurative Kommandozentrale? Ein ähnliches Konzept hat der französische Mathematiker und Philosoph Rene Descartes im 17. Jahrhundert entwickelt. Descartes stellte sich vor, es gäbe einen Punkt im Gehirn, wo sich alle sensorischen Informationen kreuzen und eine ewige Seele sitzt und wacht. Tatsächlich stellte er sich diesen Ort als die Zirbeldrüse vor – eine kleine endokrine Drüse im Gehirn -, die sich in der Mitte zwischen beiden Gehirnhälften befindet. Aus diesem Grund werden moderne Theorien, die einen Teil des Gehirns als Kommandozentrale oder Seele hervorheben, oft als Cartesian Theatres bezeichnet . Die Metapher eines kleinen Mannes, der in einem Theater im Gehirn sitzt und eine Anzeige seines Inhalts betrachtet, ist verlockend, aber seine Logik ist kreisförmig. Wie sieht der kleine Mann das Display? Wo ist sein Gehirn und wie macht er Sinn für das Theater um ihn herum?

Hat das Gehirn eine privilegierte Kommandozentrale? Rene Descartes glaubte, dass das Gehirn und die Seele in der Zirbeldrüse interagieren.

Quelle: Rene Descartes (Wikimedia Commons)

Koch und sein verstorbener Kollege Francis Crick , Mitentdecker der Doppelhelixstruktur der DNA, haben diese Ansicht des Claustrum mit dem Hinweis betont, dass das Claustrum eher ein Orchesterleiter als eine Kommandozentrale ist. Wissenschaftler wie Crick und Koch, die das Bewusstsein studieren, müssen erklären, warum sich das Bewusstsein wie eine Sache anfühlt. Zum Beispiel werden die Form, Farbe und Größe eines Basketballs in verschiedenen Gehirnbereichen verarbeitet, trotz der Tatsache, dass alle diese Merkmale in einem Ganzen integriert sind. Viele populäre Theorien des Bewusstseins, wie Giulio Tononis Integrierte Informationstheorie, betonen die Notwendigkeit eines Gehirns, das Informationen über viele Strukturen oder Module hinweg integriert, um Bewusstsein zu schaffen. Tononi und andere weisen oft auf die Koexistenz von sowohl langreichweitigen als auch kurzreichweitigen anatomischen Verbindungen innerhalb der Großhirnrinde hin, die diese Integration unterstützen. In dieser Sicht ist die Verantwortung für die Integration von Informationen über den Kortex durch ein Netz von verschiedenen Fasern verteilt. Das Bewusstsein ist im Rahmen dieser Theorie selbstorganisiert: Es entsteht nicht aus einem Ort oder Modul, sondern aus den Interaktionen vieler verschiedener Gehirnmodule.

Die Vorstellung, dass eine Struktur wie das Claustrum eine privilegierte Rolle als Orchesterleiter spielt und die Aktivität zwischen den Gehirnhälften synchronisiert und integriert, scheint eine subtile Herausforderung für das vorherrschende Bild des Gehirns zu sein, das Selbstorganisation und verteilte Aktivität betont. Doch selbst wenn diese Herausforderung Erfolg hat, ist es wichtig zu betonen, dass das Claustrum wahrscheinlich nur notwendig und für das Bewusstsein nicht ausreichend ist . Mit anderen Worten, die verteilte Aktivität anderer Hirnareale spielt immer noch eine große Rolle. Der Dirigent könnte für das Orchester gebraucht werden, aber wir brauchen natürlich das Orchester, um die Musik zu spielen!

Fürs Erste bleiben Theorien über die Funktion des Claustrum spekulativ. Während bisher keine Studie eine Funktion für diesen seltsam geformten Pfannkuchen eindeutig demonstriert hat, wäre ein möglicher Ansatz die Expression spezieller Proteine, die im Claustrum als Opsine bezeichnet werden und die neurale Aktivität auslösen, wenn sie durch Licht stimuliert werden. Auf diese Weise konnten Neurowissenschaftler Laserlicht auf den Claustrum werfen, um entweder claustrale Neuronen anzuregen oder zu inhibieren und so ihre kausale Beziehung zu verschiedenen Verhaltensweisen aufzuspüren. Diese als Optogenetik bezeichnete Technik würde es erfordern, dass Wissenschaftler zuerst einen genetischen Fingerabdruck von Genen identifizieren, die von claustralen Neuronen exprimiert werden, bevor sie für die Opsinexpression in Frage kommen.

Selbst nach Kochs kürzlicher Ankündigung bleibt die Funktion dieser ungewöhnlichen Hirnstruktur mysteriös. Im Ozean des Gehirns gibt es viel Neuland, das noch erforscht werden muss. Für junge Studenten, die das Gehirn studieren, warten viele Möglichkeiten, sich einen Namen zu machen. Was die Funktion betrifft, wissen wir ja noch gar nicht, was zum Teufel ein Claustrum ist.

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Schauen Sie sich Kochs Vortrag beim BRAIN-Initiativtreffen hier an (weiter zu 2:11:30).

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