Neueste Forschungen zu Gehirn-Organoiden deuten darauf hin, dass unser Nervensystem über eine angeborene „Startarchitektur“ verfügt, die entsteht, bevor irgendwelche Reize unsere Entwicklung beeinflussen. Der Mensch kommt mit vorinstallierter Software zur Welt. Hier ist, was wir zu Beginn erhalten.
Es könnte den Anschein haben, dass wir mit einem leeren Blatt geboren werden. Wir sehen, hören, fühlen und nehmen Wissen aus unserer Umgebung auf, wobei wir Erfahrungen sammeln, die notwendig sind, um uns in der Welt zurechtzufinden. Dies ist teilweise wahr, aber nicht ganz – der Mensch beginnt nicht von null, sondern mit „vorinstallierten“ Werkseinstellungen. Forscher beschreiben diese als Aktivitätsmuster, die sich entwickeln, bevor die ersten Sinnesreize auftreten.
Ein eigenes „Betriebssystem“ des Gehirns
Diese Erkenntnisse sollten frischgebackene Eltern unbedingt lesen, die glauben, dass der neue Mensch von Grund auf wie Knete geformt wird. Die Entdeckungen eines Teams der University of California enthüllen, wie die früheste elektrische Aktivität im sich entwickelnden Gehirn aussieht. Um dies zu erreichen, verwendeten die Forscher Gehirn-Organoide – dreidimensionale Strukturen, die aus menschlichen Stammzellen bestehen. Man könnte sagen, es sind miniaturisierte Modelle von Gehirngewebe.
Die Analyse der Gehirn-Organoide zeigte, dass sie in der Lage sind, Entladungsequenzen zu erzeugen, die denen ähneln, die im reifen Gehirn die Grundlage der Informationsverarbeitung bilden – und das ohne jegliche äußeren Reize. In einer neuen Veröffentlichung geben die Forscher an, dass charakteristische Muster beobachtet wurden, die aus dem sogenannten Default Mode bekannt sind – einem Netzwerk von Aktivitäten, das den Grundstein für die spätere Aufnahme und Interpretation von Umweltsignalen bildet.
Interessanterweise traten dieselben Phänomene nicht nur in menschlichen Organoiden, sondern auch in Mäusemodellen und in Fragmente von Neocortex bei Neugeborenen auf. Auf dieser Grundlage behaupten die Wissenschaftler, dass das Gehirn eine Art angeborener Handlungsplan hat, der ohne die Beteiligung der Sinne in Umsetzung geht. Mit nerdhaftem Fachvokabular könnte man sagen, dass wir mit einer Art Betriebssystem-Overlay geboren werden – ob das später Android oder iOS ist, klärt sich erst später.
Genetische Programmierung zur Diagnose von Krankheiten
Die neuen Entdeckungen widerlegen teilweise die Theorien einiger Forscher, dass das Gehirn die neuronalen Entladungssequenzen erst nach der Verarbeitung der ersten Reize, also Bilder, Klänge oder Gerüche, „produziert“. Dies negiert zwar nicht das Lernen durch Erfahrung, beweist aber, dass es so etwas wie eine angeborene Architektur des Gehirns gibt – und zwar nicht nur beim Menschen, sondern auch bei anderen Spezies.
„Diese Zellen interagieren offensichtlich miteinander und bilden Schaltkreise, die spontan entstehen, bevor wir irgendetwas aus der äußeren Welt erfahren. Es gibt ein gewisses ursprüngliches Betriebssystem, das sich im Ursprung zeigt. In meinem Labor züchten wir Gehirn-Organoide, um einen Blick auf diese ursprüngliche Version des Gehirn-Betriebssystems zu werfen und zu untersuchen, wie es sich selbst aufbaut, bevor es durch Sinnesreize geformt wird“, – Prof. Tal Sharf, Hauptautor der Studie.
Die Studie hebt auch hervor, dass die Entstehung natürlicher zeitlicher Sequenzen die Einbettung der Zellen in einen komplexeren, dreidimensionalen Aufbau erfordert – einen, der sich in der echten Großhirnrinde bildet. Wissenschaftler argumentieren daher, dass dies nicht nur die Bedeutung der räumlichen Organisation des Gehirns belegt, sondern auch, dass die Organoide entscheidende Entwicklungsstufen der neuronalen Entwicklung widerspiegeln können.
Bedeutung für die Zukunft und die Entwicklung des Menschen
Aber welche Auswirkungen hat das für uns und die zukünftigen Menschen? Solche Beobachtungen eröffnen erstens neue Wege für die Forschung zu neurologischen Störungen und können zweitens helfen, einige Arten von Erkrankungen zu erkennen. Denn wenn die frühesten Aktivitätsmuster genetisch programmiert sind, können Organoide eingesetzt werden, um die Auswirkungen von Toxinen zu testen, die Mechanismen von Krankheiten zu analysieren und Therapien in einem Stadium zu entwickeln, das zuvor nicht beobachtbar war.
