Wie funktioniert unser Bewußtsein – Aktuelle Ergebnisse der Neurowissenschaft

Es gab mal eine Zeit, da gingen Forscher davon aus, das menschliche Bewußtsein bliebe immer ein Geheimnis. Heute sind sich seriöse Neurowissenschaftler wie Prof. Engel darin einig, dass unser Bewußtsein zwar mit spezifschen Gehirnaktivitäten verbunden ist, sich aber  alleine nicht durch die Hirnaktivität vollständig erklären lässt (siehe unten).

Heute untersuchen Wissenschaftler elementare Bewusstseinszustände, die der Mensch aller Wahrscheinlichkeit nach mit anderen Säugetieren teilt, etwa das bewusste Erleben einfacher Sinnesreize. Es ist wohl unstrittig, dass wir für bewusstes Erleben ein hinreichendes allgemeines Aktivierungsniveau aufweisen müssen und uns beispielsweise nicht im Tiefschlaf befinden dürfen. Bewusstsein entsteht durch das dynamische Zusammenwirken vieler Hirnregionen.

Es darf als gesichert gelten, dass es für das Bewusstsein strukturierende Hirnprozesse geben muss, welche die von den Sinnesorganen gelieferten Informationen ordnen und mit Bedeutung versehen. Das menschliche Bewußtsein ist damit stark an die Sprache gebunden.

Des Weiteren muss das Gehirn Information erst in mehreren Stufen aus dem allgemeinen Bombardement von Sinnesinformationen herausfiltern. Dieser Prozess setzt beispielsweise ein, wann immer wir unsere Aufmerksamkeit auf etwas richten. Außerdem ist für Bewusstsein wahrscheinlich ein funktionierendes Arbeitsgedächtnis unabdingbar, denn dieses hilft uns dabei, eine Repräsentation der uns umgebenden Situation aufzubauen und unsere Handlungen über einige Sekunden hinweg zu planen. Und schließlich dürften auch Motivation und Emotionen entscheidend zum bewussten Erleben beitragen. Weniger gut verstanden ist allerdings noch, wie all diese Teilfunktionen ineinandergreifen, so dass daraus letztlich Bewusstsein entsteht.

Eine zeitliche Übereinstimmung von Hirnwellen fördert offenbar die Kommunikation zwischen den beteiligten Arealen. Das ermöglicht eine gezielte Informationsübertragung auch über weit entfernte Hirnbereiche hinweg. Wie also entstehen diese flexiblen Kopplungen über weit verstreute Hirnareale hinweg?

Inzwischen hat die Neurowissenschaft erkannt, dass die Synchronisation der Nervenzellenaktivität in komplexen neuronalen Netzwerken dafür entscheidend ist. Wachheit und bewusste Aufmerksamkeit brauchen schnellere Hirnrhythmen als z.B. der Schlaf. Doch nicht nur die Frequenzen sind wichtig, sondern auch die erwähnte Synchronisation dieser Wellen zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns. Die neuronalen Synchronisationsmuster verändern sich, wenn unser Bewusstseinsinhalt wechselt oder wenn wir in  Bewusstlosigkeit abgleiten. Das ist ein Hinweis darauf, dass Bewusstlosigkeit entstehen könnte, wenn Informationen in der Hirnrinde nicht mehr weitertransportiert werden.

Offenbar führt also nur eine gezielte und nicht zu starke Synchronisation zwischen unterschiedlichen Nervenzellen zu bewusster Verarbeitung. Dazu bietet sich folgendes Bild an: Während diese gemäßigte Synchronisation eine Telefonleitung zwischen ganz bestimmten Zellpopulationen öffnet, sind bei der extremen Synchronisation, wie z.B. in einer Narkose zu viele Leitungen gleichzeitig offen – und das Netz wird durch die ungezielte Nachrichtenflut blockiert. Dann ist kein sinnvoller Informationsaustausch mehr möglich.

Wann immer die Menschen ihre Aufmerksamkeit fokussierten, führte das zu insgesamt verstärkten Gamma-Oszillationen. Gamma-Oszillatonen sind schnelle Hirnwellen ab 30 Hertz. Beta-Ossilationen sind dagegen weniger schnelle Hirnwellen von 10 Hertz bis 20 Hertz. Beta-Ossilationen treten auf, wenn wir im Tiefschlaf sind.

Nach diesen Ergebnissen prägt vor allem die komplexe innere Dynamik der neuronalen Netzwerke jene Synchronisationsprozesse, die für Bewusstsein und Aufmerksamkeit relevant sind. Diese kann sich auch unabhängig von äußeren Reizen verändern und so zu einem Wechsel des Bewusstseinsinhalts beitragen. Zeitlich aufeinander abgestimmte Schwingungen lassen im Gehirn einen »globalen Arbeitsraum« entstehen, in dem Informationen spezifisch miteinander verknüpft und weitergeleitet werden. Fällt diese Synchronisation allerdings abnorm stark oder zu unspezifisch aus, stürzt der Arbeitsraum in sich zusammen und das Bewusstsein schwindet – wie im Tiefschlaf oder unter Narkose.

Es gibt noch eine ganze Reihe von Hürden zu meistern. Selbst bei Kenntnis sämtlicher Hirnzustände einer Person könnte man allein daraus nicht ableiten, was die Person gerade denkt oder fühlt. Denn diese Zustände sind nur definierbar, wenn man gleichzeitig den zugehörigen Körper mit einbezieht sowie die Umgebung und die Situation, in der sich die Person befindet. Daraus folgt, dass mentale Prozesse wie Bewusstsein niemals rein »internalistisch« erklärt werden können, also nicht ausschließlich anhand der Aktivitätsmuster im Gehirn.