Gehirn / Geist / Pathophysiologie

Bewusstsein und Gehirn

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Bewusstsein ist eine zentrale Eigenschaft höherer Tiere und besonders des zur Selbstreflexion fähigen Menschen. Wie es im Gehirn verankert ist, ist nach wie vor eines der größten Geheimnisse. (1)Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Mar 31;117(13):6976-6984. doi: 10.1073/pnas.1921623117

Um Bewusstsein hervorbringen zu können, hat das Gehirn eine ungeheure Komplexität erreichen müssen. Die Grundlagen hierfür sind noch weitgehend unbekannt, aber neuere Forschungen führen bereits zu interessanten Hypothesen, bei denen der Vernetzungsgrad (die Konnektivität) bestimmter Zentren des Hirnstamms und der Hirnrinde im Mittelpunkt steht. Die “Kognitive Evolutionstheorie” (CET) bietet einen Rahmen für das Verständnis des Bewusstseins als einen dynamischen Prozess, der sich aus einfachen Reflexen zu einer außerordentlich komplexen fehlerminimierenden “Vorhersagemaschine” entwickelt hat. (2)Front Integr Neurosci. 2022 Nov 4;16:928978. DOI: 10.3389/fnint.2022.928978

Die Funktionen des Bewusstseins, ihre Abläufe und die beteiligten Gehirnstrukturen sind Gegenstand der Forschung. Durch neue Methoden sind erhebliche Fortschritte erzielt worden. (3)Front Integr Neurosci. 2022 Nov 4;16:928978. DOI: 10.3389/fnint.2022.928978 (4)Psychol Med. 2021 Mar;51(4):550-562. doi: 10.1017/S0033291719002204 Hier werden einige der interessantesten Aspekte beschrieben. Philosophische und psychologische Aspekte des Bewusstseins werden nicht angesprochen.

 Das Wichtigste verständich

Kurzgefasst
Das Bewusstsein lässt sich kaum begrifflich fassen. Am ehesten scheint es mit Wachheit und Aufmerksamkeit umschreibbar zu sein. Die Evolution des Gehirns zu einem Organ, das zu Bewusstsein fähig ist, erweiterte das innere Bild von der Welt und brachte so offenbar erhebliche Vorteile mit sich.

Untersuchungen mit neuen Methoden zeigen, dass immer dann, wenn Bewusstsein im Spiel ist, bestimmte Hirnbezirke vermehrt stoffwechselaktiv sind. Sie gehören zu neuronalen Netzwerken und haben beispielsweise mit Wachsamkeit oder Orientierung zu tun. Ein übergeordnetes „Default Mode Network“ (DMN) ist sogar immer aktiv; es scheint die anderen Netzwerke zu überwachen und zu leiten (siehe hier).

Damit ist das Bewusstsein ein Beispiel für die funktionelle Teilung der Aufgaben des Gehirns im Sinne miteinander kommunizierender „Agenten“. In Schlaf, Narkose und Koma sowie unter dem Einfluss bewusstseinsverändernder Drogen finden sich diese Zentren laut fMRI-Untersuchungen in einem jeweils unterschiedlich reduzierten bzw. beeinträchtigten Vernetzungszustand (Konnektivität).

Erste praktische Auswirkungen solcher Forschungen sind die greifbare Möglichkeit, eine gewisse Prognose bei Wachkomapatienten abgeben oder Aussagen zur Sinnhaftigkeit des Einsatzes psychedelischer Drogen in der Behandlung psychischer und psychiatrischer Krankheiten treffen zu können.

Was ist Bewusstsein?

Die Aussage, jemand sei bei vollem Bewusstsein, bezieht sich auf seine Ansprechbarkeit sowie die Beobachtung seines Handelns. Scheint er uns nicht ganz bei Bewusstsein, halten wir ihn nicht mehr für völlig zurechnungsfähig. Wenn er nicht auf Reize reagiert und keine eigenständigen Aktionen durchführt, halten wir ihn für bewusstlos. Wir konzedieren jedem Menschen ein Erleben seiner selbst und die Fähigkeit zur Selbstkontrolle in dem Maß, wie wir sein Bewusstsein einschätzen, was sehr subjektiv ist. (5)J. Med. Life. 2014;7:104–108

Wir stimmen in unseren landläufigen Vorstellungen über Bewusstsein weitgehend in folgender Charakterisierung überein:

  • Menschliches Bewusstsein betrifft
    • die Vorstellung von sich selbst,
    • die Wahrnehmung der eigenen Befindlichkeit und Gefühle,
    • die Fähigkeit, Erinnerungen willentlich abzurufen,
    • unsere Einordnung in unsere Lebensgeschichte,
    • das Neugierverhalten,
    • das Empfinden eines freien Willens,
    • das Empfinden einer „freien“ Entscheidung,
    • die Fähigkeit, unsere subjektiven Erfahrungen zu reflektieren,
    • das Bedürfnis, eigene Erfahrungen mit anderen zu teilen.
  • Das Bewusstsein kontrolliert das eigene Wollen und Tun.
  • Das Bewusstsein ermöglicht, sich aktiv („bewusst“) ein möglichst objektives Bild von der Welt zu verschaffen und innerlich zu repräsentieren. (6)Front Psychol. 2014 Mar 17;5:223

Jede menschliche Kultur ist auf Fähigkeiten aufgebaut, die mit Bewusstsein assoziiert sind.

Viele der mit Bewusstsein verbundenen Eigenschaften und Fähigkeiten lassen sich auch bei höheren Tieren nachweisen, was ethische Implikationen für den Umgang mit ihnen hat.

Um die neurobiologischen Grundlagen des Bewusstseins erforschen zu können, bedarf es einer möglichst breit anerkannten Definition und objektivierbarer Parameter, nach denen es beurteilt werden kann. Es werden dazu vor allem folgende zwei herangezogen: (7)Front Syst Neurosci. 2022 Jul 14;16:941534. doi: 10.3389/fnsys.2022.941534

  • „Wachheit“ und
  • aktive Zuwendung von „Aufmerksamkeit“.

Warum die Evolution Bewusstsein hervorgebracht hat

Warum die Evolution Bewusstsein hervorgebracht hat, ist Anlass von Hypothesen. Eine Ansicht ist, dass das menschliche Bewusstsein nützliche Aspekte besitzt: Intentionalität und Teilen mit anderen. Das menschliche Leben hängt von menschlichen Zusammenwirken ab. Grundlage ist, dass wir das Bewusstsein unseres menschlichen Gegenübers erfühlen können. Ansätze dazu finden sich bereits im höheren Tierreich. (8)Ciba Found Symp. 1979;(69):187-215. DOI: 10.1002/9780470720523.ch11. (9)Front Syst Neurosci. 2022 Jul 14;16:941534. doi: 10.3389/fnsys.2022.941534

Der wichtigste Vorteil scheint die mit Bewusstsein assoziierte willentlich gelenkte Aufmerksamkeit und Alarmbereitschaft zu sein. Ein Gehirn, das zum Bewusstsein fähig ist, kann sich seiner Umwelt aktiv zuwenden, was die Orientierung verbessert und der Erschließung neuer Ressourcen dient. Im Fall des menschlichen Bewusstseins schließlich ermöglicht es, unbekannte Phänomene besser zu erklären und sich selbst in Welt und Geschichte einzuordnen. In diesem Rahmen sind offenbar auch Spiritualität und Religiosität entstanden (10)J Cogn Neurosci. 2014 Jun;26(6):1300-4. doi: 10.1162/jocn_a_00623., denn magisches Denken erlaubt in Situationen hoher Unsicherheit Erklärungen und Stabilität.

Ausgangspunkt für die Entwicklung des Bewusstseins waren laut einer führenden Hypothese die ursprünglichen Instinkte zum Stillen der Grundbedürfnisse, wie Atmung, Durst, Hunger, Sexualität und Sicherheit. Durch sie werden seelische Empfindungen, Emotionen, ausgelöst, die ein „Verlangen“ ausdrücken und zur „Auswahl einer Aktion“ führen. Die neurobiologischen Grundstrukturen des Gehirns für solche Empfindungen und Handlungspläne liegen im Hirnstamm, Mittelhirn und limbischen System. Da sie schon in den frühesten Stadien der Wirbeltierentwicklung vorhanden waren, wird angenommen, dass in ihnen auch bereits ein primitives Bewusstsein („primäres Bewusstsein“) vorhanden war. In der Evolution sind diese alten Hirnstrukturen, während schrittweise Erweiterungen durch Hirnrindenregionen hinzukamen, hochgradig konserviert geblieben. Sie dienen praktisch alle einer „emotionalen Erregungsmaschine“, die im Fall einer Räuber-Beute-Situation den jeweils besten Ausgang ermöglichen soll. Angst und Erregung einerseits und Sinn für Genuss andererseits gehören auch beim Menschen heute noch zu den basalen Emotionen. Neue Verbindungen der alten Strukturen zum wachsenden Großhirn, gestalteten sukzessive das mit dem Bewusstsein assoziierte neuronale Netzwerk komplexer und erweiterten schrittweise die Möglichkeiten zur bewussten Wahrnehmung der Umwelt („sekundäres Bewusstsein“). Dies bedeutete natürlich einen wesentlichen Überlebensvorteil, was die evolutionäre Entwicklung des Großhirns beschleunigte. (11)Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Jun 18;110 Suppl 2(Suppl 2):10357-64. DOI: 10.1073/pnas.1301188110

Ist menschliches Bewusstsein einzigartig?

Es wird angenommen, dass sich Bewusstsein in zwei Ästen des Evolutionsstammbaums unabhängig voneinander entwickelt hat. Die eine Linie ist diejenige der Säugetiere, die andere die der Vögel, denn auch an ihnen lassen sich eindeutige Zeichen eines Bewusstseins beobachten. Ihre Abzweigung von der Stammlinie, aus der später die Säugetiere entstanden, fand jedoch sehr früh (vor etwa 315 Millionen Jahren) statt, als die Gehirne noch eine subkortikale Struktur aufwiesen, die noch nicht mit einem Bewusstsein in Verbindung gebracht wird. Es wird daher angenommen, dass Bewusstsein eine Eigenschaft ist, die nicht nur von einem Säugetierhirn gebildet werden kann, und dass kein Punkt in der Evolution identifizierbar ist, ab dem Bewusstsein plötzlich vorhanden war. (12)Proc Natl Acad Sci U S A. Jun 18, 2013; 110(Suppl 2): 10357–10364

Höhere Wirbeltiere, Säugetiere und auch einige Vögel (vor allem Rabenvögel), besitzen laut neurobiologischer und vergleichend hirnanatomischer Erkenntnisse Hirnstrukturen, speziell thalamokortikale Bahnen, von denen angenommen wird, dass sie mit Bewusstsein assoziiert sind. (13)Biol Bull. 2006;211(2):106–127 Demnach haben sie in irgendeiner Weise Bewusstsein, und empfinden Emotionen bewusst. Die “Cambridge Declaration on Consciousness in Non-Human Animals” (14)http://fcmconference.org/img/CambridgeDeclarationOnConsciousness.pdf. (Cambridge Deklaration … Continue reading trägt dem Rechnung.

Während bei höheren Tieren ein überwiegend der Umwelt zugewandtes Bewusstsein vorliegt, ist beim Menschen zudem eine Selbstreflexion charakteristisch; beim Schimpansen und beim Delphin ist die Fähigkeit zur Selbstreflexion durch den Spiegeltest (Mirror-Self-Recognition-Test, MSR) ebenfalls wahrscheinlich gemacht worden. Bei diesem Test wird untersucht, ob ein im Spiegel gesehener auf die Stirn gemalter Punkt als zu sich gehörig erkannt wird. (15)Science. 1970;167(3914):86–87

Was das selbstreflektive Bewusstsein bei Menschenaffen betrifft, so wird davon ausgegangen, dass es in der Evolution erstmals zu der Zeit auftauchte, als sie sich von den niederen Affen abspalteten, also vor etwa 5 Millionen Jahren. Was den Menschen vom Menschenaffen unterscheidet, ist nicht ein höherer Grad von Bewusstsein (bewusster – weniger bewusst), sondern der erworbene, weitaus größere mit dem Bewusstsein verbundene Erfahrungsschatz und die Fähigkeit der selbstrefektiven Einordnung in die Welt und die Geschichte. Dies wird in Zusammenhang gebracht mit der Entwicklung vor allem des Frontalhirns und vor allem seiner erhöhten Konnektivität zu hinteren Hirnregionen. (16)Proc Natl Acad Sci USA. 2001;98(10):5937–5942

Wie sich Bewusstsein beim Kind entwickelt

Während der Entwicklung des Kindes lassen sich die Fortschritte bei der Erweiterung des Bewusstseins gut beobachten. Die Fähigkeit der Selbsterkennung im Spiegel, die als Zeichen der Selbstreflexion angesehen wird, entwickelt sich im Alter von etwa 18 Monaten. (17)Dev Psychobiol. 1972;5(4):297–305 Die Zeichen eines niedrigeren Bewusstseinszustands sind jedoch bereits bei und kurz nach der Geburt erkennbar: die Augen folgen zunehmend einem „interessanten“ Bild; Emotionen (auch diejenigen anderer Säuglinge) beeinflussen zunehmend den Stimmungsausdruck (siehe hier). Wie weit vorgeburtlich bereits ein rudimentäres Bewusstsein auftaucht, ist nicht bekannt. Das kindliche Bewusstsein wird durch die zunehmende Erfahrung rasch reicher und übersteigt in vieler Hinsicht bereits innerhalb der ersten 3 Lebensjahre den Reichtum des bei Tieren erkennbaren Bewusstseins.

Aufmerksamkeit: ein Schlüssel zum Bewusstsein

Für die Forschung über das Bewusstsein haben Aspekte der Aufmerksamkeit eine besondere Bedeutung erlangt. Aufmerksamkeit beeinflusst praktisch alles bewusste menschliche Verhalten, von der einfachen Wahrnehmung bis hin zur komplexen Erkennung von Zusammenhängen und von Emotionen.

Eine Einteilung differenziert die Aufmerksamkeit in eine „interne“ Aufmerksamkeit, die nach innen gerichtet ist, und eine „externe“ Aufmerksamkeit, die auf äußere Reize und den Kontakt mit der Umwelt gerichtet ist.

Nicht alle Formen der Aufmerksamkeit sind mit derselben Art von Bewusstsein assoziiert. Schematisch können drei Aufgabenschwerpunkte des externen Bewusstseins differenziert werden: (18)Neuroimage. 2005 Jun;26(2):471-9

  • Alarmierung: sie dient der Sensibilisierung gegenüber Eingangsreizen,
  • Orientierung: sie dient der Selektionierung von Eingangsreizen,
  • Ausführungskontrolle: sie dient der Konflikterkennung und -beseitigung bei der Durchführung von Vorhaben.

Um die Funktionen der Aufmerksamkeit getrennt zu untersuchen und zu quantifizieren, werden Untersuchungsanordnungen zur Reaktionszeitmessung (Attention Network Test (ANT)) und fMRI-Untersuchungen verwendet.

Entsprechend den unterschiedlichen Aufgaben der Aufmerksamkeit werden auch unterschiedliche neuronale Netzwerke im Gehirn rekrutiert, ein „externes“ und ein „internes“ Netzwerk. In sie sind laut den elektrophysiologischen und bildgebenden Untersuchungsverfahren verschiedene Areale des Thalamus, des vorderen Cingulums und der vorderen und hinteren Hirnrindenregionen eingebunden. (19)Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1998 Nov 29;353(1377):1915-27 (20)Neuroimage. 2005 Jun;26(2):471-9 Die unterschiedlichen Netzwerke arbeiten offenbar weitgehend selbständig. (21)J Cogn Neurosci. 2002 Apr 1;14(3):340- Jedoch wurden unidirektionale Einflüsse vom Wachsamkeitssystem auf das Orientierungssystem und von dort auf das Ausführungskontrollsystem festgestellt. (22)PLoS One. 2014 Mar 3;9(3):e89733

Eine niedrigschwellige Aufmerksamkeit kann ohne Bewusstsein bestehen, weshalb Aufmerksamkeit und Bewusstsein nicht völlig gleichgesetzt werden können. (23)Front Psychol. 2010; 1: 217 (24)Front Psychol. 2012 Feb 15;3:36 Eine basale Alarm-Aufmerksamkeit kann auch während des Schlafs aufrechterhalten bleiben (Beispiele: Wachsamkeit gegenüber Feinden, Ammenschlaf der Mutter). Aufmerksamkeit im Alarmierungssystem kann weitgehend vom Bewusstsein abgekoppelt funktionieren; Aufmerksamkeit bei Orientierung und Ausführungskontrolle dagegen ist in aller Regel mit Bewusstsein assoziiert.

Wo das Bewusstsein lokalisiert ist

Die Grundlage des Bewusstseins ist weitgehend unbekannt. Beteiligt sind Gehirnprozesse, die kognitive Prozesse (Erkennen und Verarbeiten von Informationen) und eine Verknüpfung mit Emotionen beinhaltet und die zu bewussten Manifestationen auf der mentalen oder „psychischen“ Ebene führt.

Wachheit ist nicht völlig identisch mit Bewusstsein. Sie bezieht sich auf die allgemeine Aktivität des Gehirns. Bewusstsein dagegen ist ein dynamischer Prozess, an dem über das gesamte Gehirn verteilte frontoparietale Netzwerke und kortiko-thalamo-kortikale Schleifen beteiligt sind. (25)Science. 1998;282:1846–1851. doi: 10.1126/science.282.5395.1846

Neuronales Netzwerk für Wachheit und Alarmbereitschaft

Wachheit und Alarmbereitschaft, und damit das Bewusstsein, sind offenbar auf ein funktionsfähiges neuronales Netzwerk zwischen mittelliniennahen Thalamuskernen und Hirnrinde angewiesen. Dabei spielen die in die Netzwerke eingebundenen, zum Teil entfernt voneinander liegenden Rindenregionen die Rolle, dem Bewusstsein Erfahrungsinhalte beizufügen. Der Thalamus hingegen koordiniert über die thalamokortikalen Bahnen die kortikale Kommunikation. (26)Neuron. 2012;75(4):551–552 Je ausgeprägter der thalamokortikale Informationsaustausch ist, desto wahrscheinlicher ist aktuell Bewusstsein vorhanden. Je höher die Kapazität für solch einen Informationsaustausch ist, desto größer ist die „Fitness“ des Individuums, was sich günstig im „Kampf ums Dasein“ und damit für die Evolution auswirkt (s. o.). (27)PLOS Comput Biol. 2011;7(10):e1002236 Eine Unterbrechung der Kommunikationswege bedeutet Ausschaltung des Bewusstseins; wie es z. B. in einer Narkose geschieht (s. u.).

Aufwachen aus einer Narkose

Untersuchungen zur Wiederaufnahme bewusster Funktionen beim Abklingen einer Narkose haben Hinweise auf Gehirnzentren gegeben, die mit dem Bewusstsein in engem Zusammenhang stehen. Die Frontal-Parietal-Dynamik kehrt unmittelbar vor der Wiederherstellung des Bewusstseins zurück. Die Wiederherstellung kognitiver Funktionen nach nach einer Anästhesie erfolgt dagegen allmählich. Die frühe Beteiligung des präfrontalen Kortex an der Wiederherstellung des Bewusstseins und der Kognition stützt laut den Untersuchern die Hypothese einer global über das Gehirn verteilten Funktionalität als Basis des Bewusstseins. (28)Elife. 2021 May 10;10:e59525. doi: 10.7554/eLife.59525

Erkenntnisse von Nahtoderfahrungen

Nahtoderfahrungen und “out-of-body”-Erfahrungen sind halluzinationsähnliche Phänomene eines veränderten Bewusstseins, die im Stadium extremen Sauerstoffmangels kurz vor dem Tod auftreten. Bei Überlebenden wurden die Phänomene im temporo-parietalen Übergang des Gehirns, einem multimodalen Assoziationsgebiet, lokalisiert. (29)Front Psychol. 2023 Jan 18;13:846159. doi: 10.3389/fpsyg.2022.846159

Erkenntnisse aus der Hypnose

Bei einer Hypnose verändert sich das Bewusstsein zusammen mit dem Maß an „mentaler Entspannung“ und „mentaler Absorption“. Untersuchungen zeigen dabe Veränderungen im anterioren cingulären Kortex (ACC), dem Thalamus und dem pontomesenzephalen Hirnstamm. Zudem stieg der zerebrale Blutfluss während der Hypnose in einem verteilten Netzwerk kortikaler und subkortikaler Strukturen an, die als Aufmerksamkeitssystem des Gehirns gelten. (30)J Cogn Neurosci. 2002 Aug 15;14(6):887-901. doi: 10.1162/089892902760191117

“Default Mode”-Netzwerk

fMRI-Untersuchungen weisen darauf hin, dass bei vermindertem Bewusstsein oder Bewusstseinsverlust der Informationsaustausch zwischen verschiedenen Hirnbezirken gestört oder unterbrochen ist. Ins Blickfeld geraten ist vor allem das Netzwerk zwischen den neuronalen Verteilerknoten („hubs“) des Stirnhirns, Parietalhirns und Thalamus, den sog. „rich club“-Zentren. Ihr ständiger Informationsaustausch ist laut diesen Untersuchungen mit der Fähigkeit zum Bewusstsein verbunden. (31)Neuroimage Clin. 2013 Dec 26;4:240-8

Offenbar existiert ein funktionelles Netzwerk, das „default mode network“ (DMN), zu dem auch der posteriore Gyrus cinguli gehört, welches anderen neuronalen Netzwerken übergeordnet ist und sie zentral dirigiert. Es ist nicht mit der Verarbeitung von Wahrnehmungen befasst, sondern wahrscheinlich mit höheren, „metakognitiven“ Aufgaben wie der introspektiven Selbstreflexion. Die Knoten dieses Netzwerks werden deutlich stärker durchblutet als andere Hirnbezirke. (32)Front Hum Neurosci. 2014; 8: 20. doi: 10.3389/fnhum.2014.00020

  • Der Informationsaustausch zwischen den neuronalen Zentren wird durch eine Narkose unterbrochen. Dies zeigen Untersuchungen unter der Einwirkung eines Narkotikums (Propofol). Von besonderer Bedeutung scheint die Unterbrechung der Konnektivität zwischen Thalamus und den Rindenregionen zu sein. (33)PLoS One. 2014 Jan 27;9(1):e87498 In der Aufwachphase nach einer Narkose ist das Wiederauftreten von Bewusstsein primär mit der Aktivität des Hirnstamms (Locus coeruleus), Hypothalamus, Thalamus und des vorderen Cingulums korreliert und nur wenig mit Aktivitäten in der Hirnrinde. (34)J Neurosci. 2012;32(14):4935–4943
  • Auch während des traumlosen Nicht-REM- Schlafs ist das Bewusstsein reduziert. Der ständige Informationsaustausch (die Interkonnektivität) zwischen den neuronalen Schaltzentralen ist, anders als im Traumschlaf (REM-Schlaf), deutlich vermindert. (35)Science. 2005 Sep 30;309(5744):2228-32 Beim Aufwachen sind es, wie in der Aufwachphase nach einer Narkose, wiederum die Aktivitäten des Hirnstamms, die zuerst erscheinen, danach erst findet man Aktivitäten in der Hirnrinde (u. a. frontoparietale Konnektivität). (36)Brain. 2002;125(Pt 10):2308–2319
  • Bei Wachkomapatienten bleibt die Funktionsfähigkeit der verschiedenen Hirnrindenareale des am Bewusstsein beteiligten neuronalen Netzwerks offenbar erhalten; dagegen ist der Informationsaustausch zwischen ihnen (die Interkonnektivität) langfristig gestört (s. u.).

Dauerhaft reduziertes Bewusstsein: Beispiel Wachkoma

Kurz nach einer schweren Hirnschädigung wird die Vernetzung der verschiedenen am Bewusstsein beteiligten Hirnareale gestört, was zur Bewusstlosigkeit führt, oft in Form eines Wachkomas. Dabei reorganisieren sich die Verbindungen grundlegend, was verhindert, dass der normale Informationsaustausch wie nach einem Schlaf oder einer Narkose wieder aufgenommen werden kann. Dies wird als Ursache eines oft lang anhaltenden oder dauerhaften Bewusstseinsverlusts angesehen (s. u.). (37)Brain. 2002 Oct;125(Pt 10):2308-19. doi: 10.1093/brain/awf228

Dauerhaft gestörtes Bewusstsein wird der Schwere nach in

  • „Koma“,
  • „vegetativer Zustand“ oder „nicht reaktiver Wachheitszustand“ („vegetative state“ oder „unresponsive wakefulness syndrome“) und
  • „minimal bewusster Zustand“ („minimally conscious state“, Wachkoma) eingeteilt.

Während im Koma keine Reaktion auf Stimuli von außen erfolgt, ist das Repertoire an Reaktionen in den Zuständen eines nicht-reaktiven Wachheitszustandes und eines minimalen Bewusstseins noch vorhanden, wenn auch sehr beschränkt.

  • In Fall eines „vegetativen Zustands“ zeigen Patienten trotz gelegentlich offener Augen keine erkennbare Reaktion auf Reize der Umwelt. Bei einer transkraniellen Magnetstimulation verbleiben die induzierbaren Hirnareale lokal.
  • Im Fall eines minimal bewussten Zustands werden minimale gezielte Reaktionen auf äußere Reize oder einfache Befehle gegeben. Antwortende Augenbewegungen oder Bewegungen können als „minimal bewusster Zustand“ gewertet werden. Bei einer transkraniellen Magnetstimulation kommt es nicht nur zu einer lokalen Reaktion des stimulierten Hirnareals, sondern darüber hinaus zu einer geringen Ausbreitung und Mitreaktion benachbarter Hirnareale, was als Zeichen eines rudimentären Informationsaustauschs gewertet wird. (38)Brain. 2012 Apr;135(Pt 4):1308-20

Je „wacher“ ein hirngeschädigter Patient ist, desto ausgedehnter reagieren die am Bewusstsein beteiligten Hirnbezirke mit. Je nach Wachheitsgrad kann der Anruf einer vertrauten Stimme mit der Nennung des eigenen Namens beispielsweise zu einer Aktivierung nicht nur im auditiven Kortex führen, sondern zudem auch in höheren assoziativen Zentren des Temporallappens. Speziell die Einbeziehung des in der Nachbarschaft des auditiven Zentrums gelegenen Cingulums (Hirnwindung im Parietallappen) scheint für das höhere Bewusstsein wichtig zu sein. Wer mit Aktivierung solcher höheren Hirnregionen reagiert, hat offenbar eine relativ gute Chance für eine weitere Verbesserung der Hirnfunktion. (39)Neurology. 2007 Mar 20;68(12):895-9 (40)Hum Brain Mapp. 2010 Dec;31(12):1993-2002

Untersuchungen von Wachkoma-Patienten zeigen, dass die globalen neuronalen Netzwerke jeweils weitgehend erhalten bleiben, dass jedoch eine radikale Reorganisation der zentralen neuronalen Verteilerknoten („hub“ nodes; einer davon wird im Praecuneus angenommen) stattfindet. Daraus wird geschlossen, dass im wachkomatösen Gehirn das Bewusstsein wahrscheinlich von der anatomischen Organisation dieser Verteilerknoten abhängt. (41)Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Dec 11;109(50):20608-13.

Ungeklärt ist, warum sich die gestörte funktionelle Konnektivität des neuronalen Netzwerks im Gehirn bei komatösen Patienten mit „unresponsive wakefulness syndrome (UWS, Wachkoma) nicht wie nach einer Narkose bald wiederherstellt. (42)PLoS One. 2014 Mar 19;9(3):e92182 (43)Epilepsy Behav. 2014 Jan;30:28-32

Mehr zum Wachkoma siehe hier.

Bewusstsein als traumhafter Zustand

Aus neurobiologischer Sicht ist eine reiche, in ständiger Modulation befindliche Interkonnektivität verschiedenster Hirnareale das wesentlichste Merkmal des Bewusstseins. Dieser ständige Informationsfluss ist auch im Traumschlaf (rapid-eye-moving-Schlaf, REM-Schlaf) zu beobachten. Daraus wird abgeleitet, dass möglicherweise das Bewusstsein im Wesen diese innere Welt repräsentiert, die lediglich im Wachheitszustand durch die von außen eintreffenden Informationen moduliert wird. (44)Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Dec 11;109(50):20608-13 Im REM-Schlaf fehlen diese Modulation und damit die Korrektur an der äußeren Wirklichkeit, was die seltsame Eigenständigkeit der im Traum erlebten Geschichten erklären würde.

Erweitern psychedelische Substanzen das Bewusstsein?

Psychedelische Substanzen wie Psilocybin und LSD verändern das Bewusstsein; sie führen zu einem Harmoniegefühl mit der Welt und wirken gegen Depression und Zwangsvorstellungen. Sie sind Agonisten des Serotonin-2A-Rezeptors im Gehirn. Untersuchungen mit der klassischen psychedelischen Droge Psilocybin zeigen, dass die Konnektivität des übergeordneten neuronalen Netzwerks DMN („default mode network“) unter seiner Wirkung sinkt. (45)Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012:109, 2138–2143 Das „primäre“ Bewusstsein, das sich auf die entwicklungsgeschichtlich älteren Hirnbezirke stützt, bleibt zwar erhalten, während das auf dem DMN beruhende „sekundäre“ Bewusstsein sich verändert. Das desynchronisierte DMN steuert dem Bewusstsein nun fehlerhafte Inhalte bei, und seine Kontrollfunktionen werden außer Kraft gesetzt. In Untersuchungen zeigt sich, dass die Verbindungen zwischen verschiedenen Netzwerkregionen (z. B. zwischen den rechten und linken Hippocampi und anterioren Gyri cinguli), die normalerweise schwerpunktartig konzentriert sind, an hierarchischer Ordnung verlieren, was als „Netzwerk-Entropie“ bezeichnet wird. Einige der in die Breite gehenden neuen Verbindungsmuster sind drogentypisch. Die neue, flachere Netzstruktur scheint Grundlage für die abnorme Erlebniswelt unter der Wirkung psychedelischer Substanzen zu sein. Der Verlust bewusster Kontrollfunktionen bedeutet, dass unbewusste Inhalte der inneren Erlebniswelt möglicherweise einer Analyse besser zugänglich sind. Für Psychoanalytiker und Psychiater könnte dies, wie angenommen wird, diagnostisch und therapeutisch ausnutzbar sein. (46)Front Hum Neurosci. 2014; 8: 20. doi: 10.3389/fnhum.2014.00020

Bewusstsein und freier Wille

Das Empfinden eines freien Willens gehört wesentlich zum menschlichen Bewusstsein. Es ist jedoch ebenso wenig wie die Aufmerksamkeit notwendigerweise immer mit Bewusstsein verknüpft. Im REM-Schlaf mit seinen Träumen ist Bewusstsein vorhanden, ohne dass eine Kontrolle des Traumgeschehens durch den eigenen Willen ausgeübt wird. Traumbewusstsein ohne die Aktivität eines freien Willens ist mit einer erhöhten Aktivität im vorderen Cingulum (Gyrus cinguli, dem Precuneus benachbart) assoziiert, was nahe legt, dass dieser Hirnbezirk eine zentrale Rolle für das Bewusstsein spielt. (47)Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1998 Nov 29;353(1377):1915-27

Zusammenfassendes Bild über das Bewusstsein

Das Bewusstsein mit dem Empfinden des eigenen Selbst ist verbunden mit vielfältigem Informationsaustausch verschiedener Bezirke des Gehirns.

Die bisherigen Ergebnisse der zum Bewusstsein durchgeführten Forschung lassen sich folgendermaßen zusammenfassen. (48)Front Hum Neurosci. 2013; 7: 538 (49)J. Med. Life. 2014;7:104–108

Bewusstsein entsteht aus der räumlich-zeitlichen neuronalen Dynamik in vernetzten Gehirnbezirken. (50)Nat Commun. 2023 Jun 5;14(1):3238. doi: 10.1038/s41467-023-38972-x

Zu den durch ein Netzwerk miteinander verbundenen Bezirke, die als morphologische Basis eines Bewusstseins angesehen werden, gehören der Präcuneus, der mediale präfrontale Cortex und bilaterale temporoparietale Verbindungen. Selbst wenn das Gehirn keine sonstigen Aufgaben zu erfüllen hat, bleiben diese Bezirke mit ihrer Kommunikation weiterhin aktiv und stark durchblutet. Da ihre Grundaktivität allen anderen bewussten Aktivitäten zugrunde liegt, wird das Netzwerk als „default mode network“ (DMN) bezeichnet. Es soll für eine ständige selbstreferenzielle und soziale Wahrnehmung, die eigene Einordnung in die Welt und die Geschichte sowie für gedankliche Fähigkeiten, Erinnerungen, Planungen und Phantasien zuständig sein und damit wesentlich zum Bewusstsein beitragen. Dementsprechend findet man die DMN-Aktivität dann, wenn das Bewusstsein reduziert ist, ebenfalls reduziert und im Koma erloschen. Patienten im Wachkoma haben eine umso größere Chance für eine Verbesserung des Bewusstseins, je ausgedehnter die Konnektivität des DMN in fMRI-Untersuchungen gefunden wird. Für die Prognose bedeutsam ist es, wenn der Koma-Patient in solchen Untersuchungen beim Anruf des eigenen Namens durch eine vertraute Stimme mit nachweisbarer Aktivität der anterioren Mittellinienareale des Gehirns reagiert.

Neben dem DMN, das einem „intrinsischen“, von sich aus aktiven neuronalen Netzwerk entspricht, existiert zudem ein „extrinsisches“ Netzwerk. Dieses Netzwerk umfasst die lateralen frontoparietalen Areale des Gehirns und wird aktiv, wenn zielgerichtetes Verhalten vorliegt, oder wenn kognitive Prozesse ablaufen, die durch Informationen des Sensoriums von außen eintreffen. Beide Systeme mindern sich gegenseitig in ihrer Aktivität, was beispielsweise zu Störungen der Aufmerksamkeit bei körperlicher Aktivität führt.

Die „Aufmerksamkeit“ muss entsprechend in eine nach innen gerichtete, „interne“ Aufmerksamkeit gegenüber eigenen Gedanken und Gefühlen und eine „externe“, nach außen gerichtete Aufmerksamkeit gegenüber Reizen von außen unterschieden werden. Die interne Aufmerksamkeit ist auch tatsächlich im Gehirn anders repräsentiert als die externe. Während die interne Aufmerksamkeit mit der Aktivität des anterioren Cingulums und der mesiofrontalen Areale sowie des posterioren Cingulums und des Präcuneus-Areals assoziiert ist, so korreliert die externe Aufmerksamkeit mit der Aktivität fronto-parieto-temporaler Regionen.

Bei Patienten im nicht reaktiven Koma (im „vegetativen Zustand“) ist die Kommunikation zwischen den fronto-parieto-temporalen Hirnregionen unterbrochen. Bei Patienten im minimal bewussten Zustand eines Wachkomas (minimal conscious state, MCS) dagegen, können geringe Konnektivitäten festgestellt werde. Bei ihnen kann eine Erholung nicht nur des internen, sondern auch des externen Netzwerks in Gang kommen. Sie haben damit eine relativ gute Prognose.

Das interne und das externe neuronale Netzwerk befinden sich in einem „gesunden“ Ausgleich. Wenn jedoch das interne Netzwerk überwiegt und das externe weitgehend unterdrückt, so kommt ein Zustand der „Loslösung von der Welt“ zustande. Wenn umgekehrt das externe überwiegt, so führt dies zu einem Zustand des „verlorenen Selbst“. Die Orientierung der Aufmerksamkeit mehr nach außen oder nach innen wird offenbar durch den dorsalen Praecuneus / das posteriore Cingulum und seiner Interaktion mit dem präfrontalen Cortex gesteuert.  (51)Front Hum Neurosci. 2013; 7: 538

Auch wenn damit bereits wichtige Erkenntnisse über die Grundlagen des Bewusstseins im Gehirn gewonnen wurden, ist es bei der außerordentlichen Komplexität der neuronalen Netzwerke nicht verwunderlich, dass von einem tiefen Verständnis der Prozesse bei weitem noch keine Rede sein kann. Derzeit werden mit großem Aufwand erst die einzelnen „Agenten“ (nach Marvin Minsky: The Society of Mind (Mentopolis) ) identifiziert, die im Gehirn in irgendeiner Weise zusammenspielen. Das Phänomen des Empfindens seiner Selbst, das der Mensch und wahrscheinlich auch die Menschenaffen besitzen, ist damit noch nicht andeutungsweise erklärt.

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Verweise

Literatur[+]