Die Neuronen realisieren die Hirnfunktionen. Ein Astrozyt ernährt mehrere Neuronen und ein Neuron wird durch mehrere Astrozyten ernährt. Dies ist bekannt.

Arbeitet ein Neuron mangelhaft, müssen andere Neuronen mehr tun und verbrauchen mehr Nährstoffe. Werden die beteiligten Neuronen durch ein Astrozyt ernährt, so hat auch der Verursacher der Störung weniger. Durch die spezielle Ernährung über den Umweg Astrozyt wird es zumindest zeitweilig knapp. So pendelt sich über die kontrollierte Versorgung ein funktionelles Optimum ein.

Ein allgemein gültiges thermodynamisches Prinzip: Jede Aktivität verändert messbar die Energiebilanz. 86 Milliarden Neuronen tun und weit mehr kleine Reservoirs in den Astrozyten bewerten dies energetisch. Die funktionelle Seite realisieren die Neuronen, die Astrozyten bewerten dies über die Energiebilanz.

Geordnete Systeme zerfallen (Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik)

  1. das System muss offen bleiben wegen des Energiebedarfs zur Erhaltung der Ordnung.
  2. Der Energiebedarf bewirkt einen Effizienzdruck
  3. Arbeitsteilung fördert die Effizienz. Dies hat schon Adam Smith beschrieben und lässt sich mathematisch berechnen.
  4. Das geordnete System differenziert sich damit zwangsläufig zu mehreren funktionellen Teilen.
  5. Aber weiterhin gilt für jedes einzelne Teil der Effizienzdruck.
  6. Und dies gibt einen Konflikt. Das System aus mehreren funktionellen Teilen ist wegen deren Egoismus gefährdet. Viel nehmen und wenig geben, gilt für jedes einzelne Teil weiterhin.
  7. Aber jedes Teil muss für das Gesamtsystem tun. Es bedarf einer Steuerung/Koordinierung. Das einzelne funktionelle Teil muss dann die beste Ernährung erhalten, wenn es seine Funktion in der benötigten Menge erfüllt.
  8. Wenn die Steuerung/Koordinierung durch ein spezielles funktionelles Teil realisiert wird, gilt ebenfalls "viel nehmen und wenig tun" Eine solche Lösung funktioniert mangelhaft.
  9. Es gibt eine andere Lösung: funktionell abhängige Teile werden aus einem Reservoir versorgt. Tut ein Teil wenig, muss das andere Teil mehr tun. Das gemeinsame Reservoir wird belastet. So hat auch der Verursacher der Störung weniger. Durch das gemeinsame Reservoir funktionell abhängiger Teile sich ein Optimum einpendeln.
  10. Es scheint paradox: Wegen der Effizienzsdrucks expandiert ein funktionelles System.

Raus aus der Sackgasse der Lokalisation

Die Funktion des Gehirns durch funktionelle Areale zu erklären (Lokalisationstheorien), blieb erfolglos. Die Funktion liegt im Netzwerk, so eine Folgerung aus dem Dilemma. Dabei gibt es eine einfache Lösung: Anders gliedern! Die Funktion einer Maschine wird durch deren funktionelle Gliederung verständlich. Hirnareale sind strukturelle Teile. Also: Die Funktionen im Gehirn werden nicht im Verbund spezialisierter Areale (Lokalisationstheorien, Netzwerk), sondern durch verbundene Neuronen (Konnektomfasern, verkettete Fließgleichgewichte) realisiert. Mit dieser Annahme befinden sich die Astrozyten nicht in funktionellen Teilen, sondern zwischen diesen. Indem ein Astrozyt mehrere Neuronen ernährt, steuert dieser die Nährstoffverteilung zwischen funktionellen Teilen. Dies nun ausführlicher. Eigentlich nichts Neues, sondern nur die bekannten Puzzle anders sortiert.
Beim jetzigen Wissen ist der Paradigmenwechsel längst überfällig.

1. Die andere funktionelle Hirngliederung

Die lokale Gliederung

    Die Funktionen des Gehirns in lokal abgrenzbaren Arealen zu suchen, ist verständlich. Im Gegensatz zu den Maschinen war/ist der funktionelle Bauplan nicht bekannt. Aus der erkannten Struktur wird deren Funktion(en) gefolgert. Dies ergibt etliche Lokalisationstheorien. Und diese prägten das Denken über 2000 Jahre (Literatur: Lokalisationstheorien von der Antike bis zur Gegenwart von Edwin Clarke/Kenneth Dewhurst). Lokal abgrenzbare Teile erfüllen spezifische Funktionen. Die Suche bei Google "Gehirn funktionelle Gliederung" zeigt strukturelle Teile.

    Trotz immenser Anstrengung gelingt es nicht, das Gehirn funktionell zu verstehen. Bei der lokalen Gliederung bestehen die funktionellen Teile aus Nervengewebe, also aus vermengten Neuronen und Astrozyten. Die Neuronen tun und die Astrozyten helfen dabei, sind Hilfszellen.

    Die lokalen Theorien haben ein großes Manko. Ein Areal bzw. eine Zellgruppe haben viel zu wenig synaptische Eingänge, um global entscheiden zu können. Beim Wikipedia-Artikel Spiegelneuron ist dies gut formuliert: Ein Neuron könne zwar vielfältig vernetzt sein, aber es sei kein intelligenter Agent (Homunkulus). Hochkomplexe Dinge, wie die Absichten anderer, könnten nur in mindestens ebenso komplexen neuronalen Netzwerken repräsentiert werden.
Die Konnektomgliederung

    Die Konnektom-Forschung sucht ganz filigran. Die Verbindungen zwischen den Neuronen interessieren. Das Konnektom möchte die Gesamtheit alle Verbindungen zwischen den Neuronen eines Nervensystems darstellen. Grafisch ergibt dies eine Unmenge an Fasern. Arealgrenzen fehlen. Die Erregungen werden über Synapsen von Neuron zu Neuron weitergegeben (verkettete Fliesgleichgewichte).
    Bei dieser Gliederung, der so genannten Konnektomgliederung, ist es durchaus verständlich, dass sich die unzähligen Fasern an manchen Stellen funktionell konzentrieren. Irgendwo müssen die verbundenen Neuronen strukturell hin. Aber diese Kerne und Areale sind Struktur. In lokalen Strukturen werden höchstens Fragmente eines funktionellen Teils sichtbar und dort laufen auch Fasern für andere Funktionen durch. Hier ähnliche Überlegungen.
    Jetzt realisieren diese Fasern eine Funktion. Diese diver- und konvergenten Fasern (inklusive Hemmung anderer Fasern) sind die funktionellen Teile und nicht die lokalen Areale. Das Manko der fehlenden Eingangsinformationen hat die Konnektomgliederung nicht. Die Menge an Arealen ist überschaubar; die Menge an Konnektomfasern nicht.

Für die Fasern des Konnektoms sind die Begriffe Nervenfaser und Erregungsleitung unpassend. Diese beschränken sich auf ein Neuron. Beim Konnektom interessieren die Verbindungen von Neuron zu Neuron. Sebastian Seung nennt dies im Buch Das Konnektom Fasern. Auf den vorgeprägten Konnektomfasern laufen die Erregungen vom Rezeptor zum Erfolgsorgan (konvergent und divergent) oder werden durch andere Fasern gehemmt.
Mit dieser anderen Gliederung ergeben sich ganz neue Erkenntnisse. Diese alternative Gliederung zeigt die Schwächen der Lokalisationstheorien. Es ist doch eigentlich ganz einfach. Bei einer Aktion werden die Teile im Gehirn aktiv, welche die Funktion realisieren. Und die Konnektomfasern werden aktiv, nicht spezielle Areale. Das Gehirn ist überraschend einfach gestrickt

2. Bekannte Details

2.1. Neurobiologie

2.2. Thermodynamik

3. Die Astrozyten

Die Nervenzellen (Neuronen) werden aufwendig über den Umweg Astrozyten versorgt. Obwohl die Neuronen die Erregungen leiten, sind meisten Zellen im Gehirn Astrozyten. Ein Astrozyt hat Strahlen zu mehreren Neuronen und am Neuron docken mehrere Astrozyten an. Auch ernähren Astrozyten entfernte Neuronen (fibrilläre, protoplasmatische und plasmatofibrilläre Astrozyten, jedes speziell geformt). Da ein Astrozyt mehrere Neuronen ernährt, registriert dieser den energetischen Bedarf dieser Zellen. Verbraucht ein Neuron viel, haben die anderen versorgten Neuronen weniger. Die Reserven in den Astrozyten sind gering. Wenn nun Neuronen aus verschiedenen funktionellen Teilen von einem Astrozyt versorgt werden, registriert dieser deren energetischen Bedarf. Aus diesen bekannten Fakten ist eine Arbeitsthese ableitbar ...

4. Folgerungen

  1. Jetzt wird klar, warum so viele Astrozyten gebraucht werden und die Neuronen über den Umweg der Astrozyten versorgt werden. Zum Schutz braucht es keine Extrazellen, schon eine Membran kann schützen (Blut-Hirn-Schranke).
  2. Durch die Nährstoffreservoirs sind die Astrozyten nicht die Knechte (Prof. M. Roth), sondern umgekehrt. Die Neuronen "betteln" um Nährstoffe. Die Neuronen sind die Arbeiter. Durch die kleinen Reservoirs ist immer nur das Notwendige an Nährstoffen zu haben.
  3. Die Notwendigkeit eines von den Neuronen abweichenden Zelltyps und deren Menge. Die Effizienzbewertung ist die einzige Funktion, welche das Neuron aus Prinzip nicht selbst kann. Das einzelne Neuron würde sich selbst besser versorgen.
  4. Am Neuron docken unzählige Synapsen an. Es wird eng am Neuron. Zusätzlich sind an den Synapsen Astrozytenkontakte (dreiteilige Synapse). Mit Hilfsaufgaben ist dies nicht erklärbar (z.B. Pampers These, Airbagthese). Laut obiger Gliathese überwachen die Astrozyten die Synapsenverbindungen und damit die Neuronen.
  5. Die teils langen Strahlen der Astrozyten werden verständlich. Nicht benachbarte, sondern funktionell abhängige Neuronen werden versorgt. Die Neuronen, welche von einem Astrozyt ernährt werden, sind funktionell abhängig.
  6. Nach Lernvorgängen verändern sich die Astrozytenkontakte. Geänderte Funktion ergibt geänderte funktionelle Abhängigkeiten. Die Astrozyten folgen, werden platziert zwischen den funktionell abhängigen Neuronen.
  7. Die geringen Nährstoffreserven im Gehirn sind nicht Platzmangel. Nur bei geringen Reserven funktioniert die Effizienzbewertung, weil dann der Mangel sofort spürbar ist. Nur bei geringen Reserven kann ein Neuron auf Veränderung schnell reagieren. Folgerung: Dort, wo Lernen passiert, sind die Reserven besonders gering.
  8. Eine weitere wichtige Funktion der Astrozyten ist die Bewertung und Modulierung der neuronalen Aktivität. Neuronen bilden auf Befehl der Astrozyten neue Synapsen bzw. trennen bestehende Synapsen. Manche Neuronen können ihre Signale nur deshalb übertragen, weil benachbarte Astrozyten D-Serin und Glutamat beisteuern und in den Synapsenspalt sezernieren. Quelle
  9. Der US-Hirnforscher Phil Haydon erklärt: Die Astrozyten scheinen zumindest manchmal sogar die Funktion eines Dirigenten zu erfüllen: Sie hören den Neuronen nicht nur zu, sie sprechen auch mit ihnen und erteilen ihnen Anweisungen.
  10. Prof. Steinhäuser meint: Nervenkitt kommuniziert. Andere Forscher sprechen von intelligenter Glia: Die Gliazellen geben vor und die Neuronen folgen.
  11. Im Jahr 2014: Hauchdünne Fasern in den Astrozyten entdeckt, siehe
  12. Astrozyten kontrollieren den Zuckertransport, Quelle
  13. Arbeitsteilung erfordert Koordination zwischen den funktionellen Akteuren (hier Neuronen). Welcher Zelltyp im Organismus kann dies realisieren?
  14. Die Menge an Glia korreliert irgendwo mit der Intelligenz, so eine Aussage
  15. Hirnforscher: Gier nach Geld ist angeboren, sondern so bewerten die Astrozyten. Die Gier verändert, siehe
  16. Die Hebbsche Lernregel passt dazu: "Die Effizienz von Zelle A in Bezug auf die Erzeugung eines Aktionspotentials in B wird größer."
    albert Einstein: Das Geld zieht nur den Eigennutz an und verführt stets unwiderstehlich zum Missbrauch. Die wiederholte Belohnung einer Handlung verfestigt dieses (Prägung). Alternative Handlungen werden rezessiv schwach. Laut Gliathese optimiert das Gehirn energetisch. Die Handlungen sind nicht logisch neutral, sondern verändern sich mit der Höhe des Gewinns aus der Handlungsentscheidung. Unser Gehirn lügt für uns, egoistisch.
  17. Astrozyten räumen auf
  18. Das Forscherteam um Professor Bruns konnte in seiner Studie nun erstmals zeigen, dass Astrozyten unterschiedliche Botenstoffe freisetzen, um die neuronale Signalübertragung zu verstärken oder abzuschwächen.

5. Zusammenfassung

Der Begriff Straktur wurde in einem Gespräch vom Hirnforscher Prof. Armin Ermisch in Leipzig vorgeschlagen. Nicht isolierte Areale können Funktion realisieren, sondern verbundene Neuronen quer durch. Es gab keinen Konsens nach 3 Stunden Gespräch. Deshalb der Vorschlag von Prof. Ermisch, nennen sie es "Straktur". Den Begriff Konnektom (Verlauf der Erregungen) gibt es erst seit 2005. Den Vergleich, - Verlauf der Erregungen mit dem Schienennetz der Bahn (Bahnmodell) -, gab es schon vor 2005.

Die Neuronen leisten und die Astrozyten bewerten nach jeder Aktion. Die Astrozyten optimieren kleinste, kleine und in der Summe die großen Funktionen. Die Optimierung passiert vor Ort durch die vielen funktionellen Abhängigkeiten und mittels kleiner Reservoirs in den Astrozyten. Es gibt kein strukturelles Zentrum, welches die Details im Gehirn determiniert. Alles wird ausbalanciert vor Ort, eben durch die massiv vorhandenen Astrozyten. Nur so ist die bekannte Hirnflexibilität realisierbar. Ein zentrales Steuerungsareal wäre da völlig überfordert.

Engramme werden passend verändert. Funktionelle Störungen werden energetisch korrigiert. (Selbstheilungskräfte) sind nur ein Teil davon. Da haben wir einen unglaublich mächtigen Helfer in uns. Ein solches System ist optimal organisiert, nur von außen verwundbar. Aber dieses optimiert egoistisch, sichert unbewusst die eigene Existenz und verfälscht egoistisch die Engramme und auch die Sprache. Das Weltbild wird so unbemerkt egoistisch stimmend, z.B. Religion Um Details der Umwelt zu erkennen, sind aktive Konnektomfasern notwendig (selektive Wahrnehmung). Und die Astrozyten formen egoistisch passend (meist unbemerkt).

Gliawissen für Einsteiger: Der Mensch denkt, die Glia lenkt.

Und weit mehr ist mit der Konnektomgliederung gedanklich möglich:

6. Impressum

Ich kann versichern, dass die obigen Gedanken mein Eigentum sind. Die andere Gliederung ergab sich aus erlebten Widersprüchen im Arealdenken (hier Ratio, dort Gefühl). Dies war 1976 in Bad Langensalza (Thüringen). Dem Begriff Straktur hat Prof.Armin Ermisch, Hirnforscher in Leipzig, im Jahr 1983 vorgeschlagen. Das Arealdenken passte nicht. Lokal abgrenzbare Strukturen sind eben nicht sogleich funktionelle Teile. Deshalb der neue Begriff Straktur. Im Jahr 1976 war von der Netzwerkgliederung (Konnektom) noch nichts zu lesen. Die logischen Folgerungen aus der neuen Gliederung sind immens, z.B. Brief von Dr. Lothar Sprung Die These zur eigentlichen Funktion der Astrozyten ist nur ein kleiner Teil davon. Bekanntes Wissen wird wie bei einem Puzzle neu einsortiert.


2007		 Diplom-Mathematiker
Stefan Pschera
Bahnhofstr. 6
D-08258 Markneukirchen OT Erlbach
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März 2021


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