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Weniger ist mehr: Paradox Gehirn

Ein durchschnittliches menschliches Gehirn wiegt 1300 g und besitzt ca. 86 Milliarden Nervenzellen, wovon jede einzelne 1.000 bis 10.000 Kontakte zu anderen Nervenzellen, sogenannten Synapsen, aufweist. Bei 86 Milliarden Nervenzellen kommt man also auf mindestens 86 Billionen synaptische Kontakte, mit dessen präziser Verschaltung wir immer wieder unglaublich komplexe Aufgaben in unserem Alltag leisten können. Mit unserer hohen kognitiven Leistungsfähigkeit unterscheiden wir uns klar von anderen Säugetieren. Doch wie sieht eigentlich solch ein “intelligentes“ Gehirn aus? Sind es die 1300 g, die 86 Milliarden Nervenzellen oder doch eher die synaptischen Verschaltungen, die uns immer neue Dinge erfinden und über den Sinn des Lebens philosophieren lassen?

Je menschlicher, desto besser?

Man neigt vorschnell dazu anzunehmen, dass ein großes Gehirn automatisch besser sei. Komplexe Gedankengänge brauchen schließlich viel Platz. Ein größeres Gehirn könnte demnach mehr Nervenzellen beherbergen, die mit einer höheren Rechenkapazität einhergehen. Werfen wir jedoch einen Blick ins Tierreich, wird schnell klar, dass diese Rechnung nicht ganz aufgeht. Ein Elefantengehirn wiegt circa 4000 g und besitzt 251 Milliarden Nervenzellen, bemisst also in beiden Fällen das 3-fache eines menschlichen Gehirns. Elefanten gelten zwar als außergewöhnlich intelligente Tiere, nichtsdestotrotz sind sie noch weit davon entfernt, Differentialgleichungen zu lösen – demnach kann die absolute Gehirngröße sowie die Anzahl der Nervenzellen nicht der entscheidende Faktor für höhere kognitive Leistungen sein. Die Gehirnmasse korreliert allerdings mit der Körpermasse. Ein großer Körper benötigt also einfach mehr Gehirn. Somit wäre die relative Gehirngröße (also die Gehirnmasse im Verhältnis zur Körpermasse) der relevantere Faktor. Doch auch hier schneidet der Mensch nicht am besten ab.

Vergleiche zwischen verschiedenen Spezies beruhen auf der vereinfachten Annahme, dass allen Gehirnen der gleiche Grundaufbau zugrunde liege und es sich nur um eine größere oder kleinere Version derselben handle. Dem ist jedoch nicht so: Das Primatengehirn hebt sich durch einen besonders ausgeprägten Cortex mit einer hohen Dichte an Nervenzellen von anderen Gehirnen ab. Unter den Primaten besitzt der Mensch allerdings das größte Gehirn und somit auch die meisten Nervenzellen im cerebralen Cortex. Da der Cortex für höhere kognitive Funktionen zuständig ist, macht es durchaus Sinn, dass die Anzahl der Nervenzellen in diesem Bereich ein entscheidender Faktor für die menschliche Intelligenz ist.

Weniger ist mehr? Inter-Spezies Vergleich: Verschiedene Gehirn-Parameter des Menschen und Elefanten im direkten Vergleich.
Weniger ist mehr? Inter-Spezies Vergleich: Verschiedene Gehirn-Parameter des Menschen und Elefanten im direkten Vergleich.

Je mehr, desto besser?

Doch können Unterschiede in der Gehirngröße Intelligenzunterschiede innerhalb einer Spezies erklären? Haben besonders intelligente Menschen mehr Nervenzellen?

Um diese Frage zu beantworten, muss man zunächst einmal den Begriff der Intelligenz genauer betrachten. Laut dem deutschen Psychologen William Stern ist “Intelligenz die Fähigkeit des Individuums, sein Denken bewusst auf neue Forderungen einzustellen; sie ist die allgemeine geistige Anpassungsfähigkeit an neue Aufgaben und Bedingungen des Lebens“. Obwohl dieser im Jahr 1912 definierte Intelligenzbegriff so noch heute gültig ist, haben wir noch immer Probleme damit, Intelligenz zu beschreiben. Umstritten ist zudem, ob solch ein theoretisches Konstrukt überhaupt durch IQ-Tests in Zahlen gefasst werden kann. IQ-Tests messen vorwiegend sprachliche, mathematische und logische Intelligenz. Andere, ebenso relevante Eigenschaften wie Kreativität, Fleiß oder zwischenmenschliche Fähigkeiten werden jedoch nicht erfasst. Auch wenn ein IQ-Wert nicht vollumfänglich alle Facetten der Intelligenz widerspiegeln kann, so ist er dennoch mehr als eine Zahl und kann Teilaspekte der menschlichen Intelligenz messbar machen.

Tatsächlich wiesen verschiedene Studien auf eine positive Korrelation zwischen IQ und Gehirngröße beim Menschen hin. Laut einer Metaanalyse aus dem Jahr 2015 wurde der Effekt jedoch lange Zeit deutlich überschätzt. Der Studie zufolge können Unterschiede der Gehirngröße nur 6-8 % der Intelligenzunterschiede erklären. Demnach ist der Effekt der Gehirngröße eher klein bis mittelmäßig. Zusätzlich gestärkt wird diese Annahme durch die geschlechterunabhängigen Ergebnisse bei IQ-Tests: Obwohl Männer im Durchschnitt 130 g mehr Gehirnmasse aufweisen als Frauen, gibt es keine Intelligenzunterschiede zwischen den Geschlechtern. Folglich spielt die Gehirngröße beim Thema Intelligenz eine untergeordnete Rolle.

Je weniger, desto effizienter?

Aktuelle Studien zeigen, dass nicht die Nervenzellen selbst, sondern ihre Vernetzung untereinander ein wichtiger Faktor ist. Paradoxerweise gilt hier: weniger ist mehr!

Mittels einer speziellen Form der Magnetresonanztomografie untersuchten Forscher die Dendritendichte im Gehirn von 259 Männern und Frauen. Dendriten sind Zellfortsätze, mit denen Nervenzellen Kontakte zu anderen Nervenzellen aufnehmen. Eine hohe Dendritendichte geht folglich mit einem stark vernetzten Gehirn einher.

Interessanterweise erzielten Probanden mit einer niedrigen Dendritendichte bessere Ergebnisse in IQ-Tests. Was zunächst paradox klingen mag, macht in Anbetracht der bereits 1988 postulierten „Neural Efficiency“-Hypothese durchaus Sinn: der Psychologe Richard Haier untersuchte den Energieverbrauch im Gehirn von Probanden beim Lösen kognitiver Aufgaben. Dabei konnte gezeigt werden, dass Menschen mit hohen IQ-Werten einen niedrigeren Energieverbrauch beim Lösen der Aufgaben aufweisen als Menschen mit niedrigeren IQ-Werten. “Intelligente Gehirne“ zeichnen sich also durch eine schlanke und vor allem effiziente Vernetzung in bestimmten Hirnregionen aus. Eine geringe Dendritendichte konnte nämlich insbesondere in den parietalen und frontalen Hirnregionen nachgewiesen werden. Der Parietallappen integriert alle sensorischen Inputs wie Hören, Schmecken oder Riechen, welche anschließend im Frontallappen weiterverarbeitet werden. Diese Hirnregionen verarbeiten also eine Fülle an Informationen, die zu einem gewissen Rauschen führen. Um kognitiv anspruchsvolle Aufgaben zu lösen, muss man allerdings relevante Signale von irrelevantem Rauschen unterscheiden können. Eine geringe Dendritendichte vermindert hier also das Rauschen und erlaubt somit eine effiziente Verarbeitung eingehender Signale.

Fazit: weniger ist mehr

Das Gehirn hält es letztlich wie ein gutes Treffen mit Freunden: es ist sicherlich für die gute Stimmung von Vorteil, wenn genügend Leute anwesend sind. Unterhält man sich jedoch mit allen gleichzeitig, so bleiben die Gespräche vermutlich oberflächlicher, man kann sich weniger merken und eventuell ist es sogar anstrengender. Es entsteht ein gewisses “Rauschen“. Konnten wir uns während Beginn der Corona-Pandemie nur in kleinen Gruppen treffen, fokussierten wir uns auf wenige Menschen und hatten womöglich tiefergehende Gespräche. Somit haben unser Alltag und das komplexeste Organ des Menschen eines definitiv gemeinsam: manchmal ist weniger einfach mehr!

Literatur

F. A. C. Azevedo et al., “Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain,” J. Comp. Neurol., vol. 513, no. 5, pp. 532–541, 2009.
S. Herculano-Houzel, “Numbers of neurons as biological correlates of cognitive capability,” Curr. Opin. Behav. Sci., vol. 16, pp. 1–7, 2017.
J. Pietschnig, L. Penke, J. M. Wicherts, M. Zeiler, and M. Voracek, “Meta-analysis of associations between human brain volume and intelligence differences: How strong are they and what do they mean?,” Neurosci. Biobehav. Rev., vol. 57, pp. 411–432, 2015.
E. Genç et al., “Diffusion markers of dendritic density and arborization in gray matter predict differences in intelligence,” Nat. Commun., vol. 9, no. 1, 2018.
R. J. Haier et al., “Cortical Glucose Metabolic Rate Correlates of Abstract Reasoning and Attention Studied with Positron Emission Tomography,” Intelligence, vol. 217, pp. 199–217, 1988.
R. E. Jung and R. J. Haier, “The Parieto-Frontal Integration Theory (P-FIT) of intelligence: Converging neuroimaging evidence,” Behav. Brain Sci., vol. 30, no. 2, pp. 135–154, 2007.

Autorin des Artikels ist Carolin Haag.

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Ab und zu gibt es auch Gastbeiträge im Blog, die aktuell neben dem Team der Hertie-Stiftung verfasst werden von Carolin Fischer, M.Sc. in Molekularbiologie, ist Doktorandin am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung in Tübingen und Lale Carstensen, M.Sc. in Chemie, promoviert am Institut für Wasserchemie der Technischen Universität Dresden. Beide lesen selbst gerne Blogs und möchten zu dieser kreativen Form der Wissenschaftskommunikation beitragen.