Die Geschichte der Hirnforschung

Die Geschichte der Hirnforschung reicht bis zu ersten hirnanatomischen Erkenntnissen in prähistorischer Zeit zurück. Die Einsicht, dass das Gehirn Sitz kognitiver Fähigkeiten ist, kann erstmals im antiken Griechenland nachgewiesen werden, seine Funktionsweise blieb jedoch bis zum Ende des Mittelalters weitgehend unbekannt. Während nach Wiederaufkommen von Autopsien bereits in der Renaissance die Struktur des Hirns genauer untersucht wurde, stehen erst seit dem 18. Jahrhundert Methoden zur Verfügung, um experimentelle Erkenntnisse über seine Funktion zu gewinnen. Der größte Teil des heutigen Wissensstands zur Hirnanatomie und Neurophysiologie wurde etwa seit Mitte des 19. Jahrhunderts durch systematische Forschung an Tieren und Beobachtungen an Kranken und Verletzten erworben. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts stehen darüber hinaus nichtinvasive Methoden zu Verfügung, die durch Experimente an gesunden Probanden zu vielen weiteren Erkenntnissen beigetragen haben.

Urgeschichte


Schädel einer jungen Frau mit Trepanationsöffnung, ca. 3500 v. Chr. Wie man an der stattgefundenen Gewebsneubildung feststellen konnte, hat die Patientin die Operation überlebt.

Aufgrund von Funden aus dem frühen Ägypten wissen wir, dass vor 5000 Jahren Menschen mit ersten operativen Eingriffen in das Zentralnervensystem begannen, wie an systematischen Schädelöffnungen (Trepanationen) an Schädeln dieser Zeit abzulesen ist. Etwa 70 Prozent der Schädel, die solche Merkmale aufweisen, zeigen Zeichen der Heilung und lassen daher darauf schließen, dass der Patient den Eingriff um Monate oder gar Jahre überlebt hat. Dies kann als Geburtsstunde der Neurochirurgie gelten. Neolithische Trepanationen sind auch aus ganz Europa und Lateinamerika bekannt.


Auszug aus dem Edwin Smith Papyrus

Die anatomischen Kenntnisse der Ägypter über das Gehirn gehen aus dem überraschend systematisch und rational verfassten Papyrus Edwin Smith hervor. Dieser Papyrus, der in Ägypten 1550 vor Christus verfasst wurde, geht vermutlich auf Schriften zurück, die bereits um 3000 vor Christus existiert haben und als die ältesten medizinischen Dokumente der Menschheitsgeschichte gelten.[1] In dem Papyrus sind das Gehirn, seine Organisation in Gyri und Sulci, das Rückenmark, die Hirnhäute und die umgebenden Knochen beschrieben. Die Blutgefäße, Sehnen und Nerven werden jedoch noch unterschiedslos als „Kanäle“ bezeichnet. Auch über die Funktion des Gehirns waren sich die Ägypter noch nicht im klaren: Obwohl sie erfahren hatten, dass schwere Kopfverletzungen mit dem Verlust der Sprache einhergehen konnten, galt das Herz als Sitz der Seele und aller geistigen Fähigkeiten. Während es bei der Einbalsamierung nicht angerührt werden durfte und andere Organe, wie Lunge, Leber und Magen, dem Leichnam für sein jenseitiges Leben mitgegeben wurden, entfernten die Ägypter die Gehirne ihrer Toten bedenkenlos.[2]

Antike

Um 500 v. Chr. soll Alkmaion von Kroton als erster die Sehnerven und andere sensorische Nerven entdeckt haben.[3] Alkmaion entwickelte die Vorstellung, dass Nerven hohl seien und ein Medium (kenon) umhüllten, das den Sinneseindruck zum Gehirn leitet. Obwohl Autopsien am Menschen zu jener Zeit aus religiösen Gründen undenkbar waren, benannte die Hippokrates von Kos (ca. 460–370 v. Chr.) zugeschriebene Sammlung Corpus Hippocraticum das Gehirn bereits klar als Sitz der Empfindung und Intelligenz und erkannte, dass die bislang als „heilig“ angesehene Epilepsie eine Krankheit des Gehirns ist.[4] Erste Autopsien wurden zur Zeit des Herophilos von Chalkedon (um 325–255 v. Chr.) möglich. Er beschrieb korrekt die grobe Anatomie des Gehirns, vermutete den Sitz menschlicher Intelligenz jedoch nicht im Hirngewebe, sondern in den Hirnventrikeln, den flüssigkeitsgefüllten Kammern des Gehirns.[5] Erasistratos (um 305–250 v. Chr.) unterschied motorische und sensible Nerven und unternahm neurophysiologische Experimente wie z. B. Hirnschnitte und artifizielle Läsionen. Die neuen Erkenntnisse konnten die ältere Vorstellung, nach der Empfindung und Verstand dem Herzen zuzuordnen seien, jedoch für lange Zeit nicht vollständig verdrängen. Ihr bekanntester Vertreter war Aristoteles (384–322 v. Chr.), der das Gehirn als Kühlorgan betrachtete.

Galens Ventrikellehre:

In nachchristlicher Zeit führte der griechische Arzt Galen (um 129–216 n. Chr.) sorgfältige Studien zur tierischen Anatomie durch und klärte anhand zahlreicher Vivisektionen die Funktion einzelner Nervenbahnen auf. Galen beschrieb auch erstmals das sympathische Nervensystem, erfasste seine Funktion jedoch noch nicht korrekt. Autopsien von Menschen waren in Rom, wo der Schwerpunkt seines Wirkens lag, verboten. Galen hatte jedoch die Gelegenheit, verwundete Gladiatoren zu untersuchen und übertrug davon abgesehen viele seiner Erkenntnisse aus Tierstudien auf den Menschen. Bei seinen Untersuchungen des Gehirns konzentrierte er sich im Anschluss an Herophilus vor allem auf die liquorgefüllten Hirnkammern. Er studierte unter anderem, wie sich Schnitte und Druck auf sie auswirken.[6] Galen glaubte, dass sich in den Ventrikeln eine Substanz befinde, die er pneuma psychikon (lat. spiritus animalis) nannte und die in der Lage sei, durch die als hohl vorgestellten Nerven Sinneswahrnehmungen zum Hirn zu transportieren, aber auch Muskeln zu aktivieren. Er behauptete, dass dieses pneuma psychikon unter anderem im Rete mirabile gewonnen werde, einem feinen Geflecht von Blutgefäßen, das sich bei Schafen an der Hirnbasis befindet. Dass das menschliche Gehirn gar keine entsprechende Struktur besitzt, blieb aufgrund des Autopsieverbots rund 1300 Jahre lang unentdeckt.

Galen betrachtete die Ventrikel im Wesentlichen als Speicher des Pneumas und gestand der Hirnsubstanz eine wichtige Rolle bei kognitiven Prozessen zu; so beschrieb er auch als erster den altersbedingten Hirnschwund. Christliche Kirchenväter entwickelten schon bald eine Synthese der medizinischen Erkenntnisse Galens mit dem theologisch motivierten Menschenbild des Christentums. Im Verlauf dieser Entwicklung gerieten die Ventrikel ins Zentrum der Aufmerksamkeit – sie galten nun als Sitz der unsterblichen Seele. Darüber hinaus ordnete man den verschiedenen Ventrikeln nun spezifische Funktionen zu. Ein früher Vertreter dieser Lokalisationslehre war der Bischof Nemesius von Emesa (um 400). In dieser modifizierten Form wurde Galens Lehre nun zum Dogma erhoben und beherrschte bis ins 18. Jahrhundert hinein die Vorstellungen vom Menschen.

Mittelalter

Die Kenntnisse der westeuropäischen Medizin und damit auch der Hirnforschung fielen im Mittelalter hinter das Niveau der Antike zurück. Die wenige Forschung im europäischen Raum konzentrierte sich auf klösterliche Heilkräuterkunde, die wenig zur Hirnforschung beizutragen hatte. Erwähnenswert ist einzig Albertus Magnus, der um 1250 die Ventrikellehre weiter ausführte. Seiner Vorstellung nach fließe der spiritus animalis ähnlich einem römischen Brunnen von einem Ventrikel in den nächsten und vermittele so den Prozess von der Wahrnehmung über das Denken zur Erinnerung.

Im byzantinischen und arabischen Kulturraum wurde die medizinische Forschung währenddessen fortgesetzt, so dass die arabische Medizin bis in die Renaissance hinein die Erkenntnisse der Hirnforschung dominierte. So untersuchte um 900 Abu Bakr Mohammad Ibn Zakariya al-Razi (Rhazes) das Gehirn anatomisch genauer und beschrieb sieben der zwölf Hirnnerven und 31 der aus dem Rückenmark entspringenden Spinalnerven in seinem Werk Kitab al-Hawi Fi Al Tibb (arab. Geheimnis der Geheimnisse).[7][8] Bereits 100 Jahre später beschrieb Abu l-Qasim az-Zahrawi (auch bekannt als Abulcasis oder Albucasis) bereits chirurgische Eingriffe zur Heilung neurologischer Erkrankungen des Zentralnervensystems.[9] Doch beschränkten sich Erkenntnisse in der islamischen Medizin keineswegs auf das Zentralnervensystem, sondern sie stellten auch funktionelle Vermutungen über das periphere Nervensystem auf. So verglich Abu Ali al-Hasan Ibn Al-Haitham (Alhazen) um die Jahrtausendwende die Funktionsweise des Auges mit einem dem Photoapparat ähnlichen Gerät. Auch Abu Ali al-Husain ibn Sina-e Balkhi (Avicenna) beschrieb das Auge und die Prinzipien des Sehens in seinem Qanon (Kanon der Medizin)[10] und Abu Ruh Muhammad ibn Mansur ibn abi 'Abdallah ibn Mansur al-Jamani (al-Jurjani) beschrieb 1088 in seinem Werk Nur al-ayun (Licht des Auges) mehrere Operationsverfahren am Auge.[11] Es ist jedoch unklar, wie häufig derartige Operationen tatsächlich praktisch durchgeführt wurden.[12]

Renaissance

Während der Renaissance gingen die ersten neuen Impulse für die Hirnforschung von Italien aus, wo es allmählich wieder möglich wurde, menschliche Leichen zu sezieren. Diese Arbeit wurde zunächst von Barbieren durchgeführt, während der Anatom von einem erhöhten Sitz aus zusah und aus Lehrbüchern zitierte. Der Arzt Mondino dei Luzzi (um 1275–1326) verfasste mit Anathomia Mundini (1316) das erste Werk über anatomische Sektionen seit Beginn des Mittelalters. Leonardo da Vinci (1452–1519) leistete bedeutende Beiträge zu einer realistischeren zeichnerischen Darstellung anatomischer Strukturen. So stellte er 1490 nach zahlreichen Sektionen in einem Manuskript, das später die Bezeichnung Codex Windsor erhielt, als erster einen sagittalen Hirnschnitt dar, hielt die Zeichnung jedoch zunächst geheim.[13] Im Jahr 1504 fertigte er darüber hinaus Wachsausgüsse der Ventrikel des menschlichen Gehirns an, um ihre Form exakter zu studieren. Den ersten axialen Hirnschnitt zeichnete 1536 der deutsche Anatom Johann Dryander (1500–1560), allerdings noch nicht perspektivisch korrekt.

Die Autorität Galens, die im Mittelalter absolut gewesen war, wurde seit dem 16. Jahrhundert in Frage gestellt: Der Arzt Jacopo Berengario da Carpi (um 1470–1530) erwähnte in seiner Schrift De Fractura calve sive cranei (1518), dass er nicht in der Lage gewesen sei, das Rete mirabile beim Menschen zu finden. Den offenen Bruch mit der Tradition Galens wagte schließlich der Flame Andreas Vesalius (1514–1564), der in Padua für die damalige Zeit äußerst exakte anatomische Forschungen betrieb und mit seinen Werken Tabulae Anatomica und De humani corporis fabrica Grundlagen der (neuro-)anatomischen Forschung legte. Vesalius äußerte tiefen Respekt vor der gewissenhaften Forschung Galens, hatte jedoch erkannt, dass dieser zahlreiche Erkenntnisse aus Untersuchungen von Tieren auf den Menschen übertragen hatte und dabei bisweilen zu fehlerhaften Aussagen gelangt war. Vesalius fertigte Hirnschnitte an, die zwei Jahrhunderte lang als Referenz galten und unterschied bereits zwischen Grauer und Weißer Substanz der Hirnrinde.[14] Er bezweifelte die Lokalisation von Hirnfunktionen in den Ventrikeln und stellte fest, dass auch sehr dicke Nerven selbst bei genauer Untersuchung keinen Hohlraum erkennen ließen, der der Fortleitung von Pneuma hätte dienen können. Schließlich beschrieb Vesalius Zirbeldrüse und Balken (Pons), die zu jener Zeit die einzig bekannten Strukturen des Gehirns waren, die nicht doppelt (also in jeder Hemisphäre einmal) vorkommen. Vesalius' neue Erkenntnisse wurden zunächst nur von einem Teil der Fachwelt akzeptiert. Insbesondere sein Pariser Lehrer Jacobus Sylvius (1478–1555) wandte sich mit harschen Worten gegen jegliche Kritik an der Arbeit Galens.

Etwa 20 Jahre nach Vesalius' Werken erschien 1564 das deutlich detaillierte, allerdings auch spezialisiertere Werk De auditus organis von Bartolomeo Eustachi, das erstmals über Aufbau und mögliche Funktionsweise des akustischen Sinnesapparates Auskunft gab. Nach Eustachi ist bis heute die Eustachische Röhre benannt, die Ohr und Mundraum verbindet.[15] Eine Reihe weiterer Arbeiten zeugen von der aktiven Neuroanatomie-Forschung in Italien: Gabriele Falloppio beschrieb einige der Hirnnerven, konnte dabei jedoch nur wenig neue Erkenntnisse gegenüber den Arbeiten von Rhazes vorweisen.[16] 1564 fiel in einer Arbeit von Giulio Cesare Aranzi erstmals die Bezeichnung Hippocampus[17], und Constanzo Varolio benannte 1573 die von Vesalius bereits beschriebene Brücke (Pons Varolii).

17. Jahrhundert

Anfang des 17. Jahrhunderts hatte der englische Arzt William Harvey (1578–1657) mit der Entdeckung des Blutkreislaufs für Aufsehen gesorgt. Zuvor war man davon ausgegangen, dass Blut ständig neu produziert und in den Organen verbraucht werde. Den französischen Philosophen René Descartes (1596–1650) führte die Erkenntnis, dass das Herz demnach nicht viel mehr sei als eine mechanische Pumpe, zu der Behauptung, auch das Hirn sei wie eine sehr komplexe Maschine aufgebaut. Folglich sprach er Tieren jegliche Empfindungs- und Denkfähigkeit ab. Auch menschliche Reflexe und vegetative Funktionen seien rein mechanisch zu verstehen, lediglich Gefühle, bewusste Wahrnehmungen, Nachdenken und willentliche Handlungen seien das Resultat einer unsterblichen und immateriellen Seele, die seiner Vorstellung zufolge in der Zirbeldrüse mit dem Körper interagiere. Descartes hatte keine medizinische Ausbildung, sezierte jedoch bisweilen Tierköpfe und -organe, die er vom örtlichen Schlachthof bezog.[18] Viele seiner Vermutungen über die Funktionsweise des Gehirns galten schon zeitgenössischen Anatomen als spekulativ und unplausibel; so tauchte die Theorie, dass die Zirbeldrüse die Bewegungen des Pneumas in den Ventrikeln steuere, schon um 300 v. Chr. bei Herophilos auf und wurde bereits von Galen zurückgewiesen. Dennoch hatte Descartes' Philosophie bleibenden Einfluss auf die Hirnforschung: Er gilt als geistiger Vater des Dualismus, der eine Zweiteilung alles Seienden in Materie und Geist postuliert und bis heute nicht nur dem Verständnis vieler Laien entspricht, sondern auch die Vorstellungen zahlreicher Forscher geprägt hat.[19]

Mitte des 17. Jahrhunderts bildete sich in Oxford eine Gruppe von Naturforschern, die sich Virtuosi nannten und rege über neuroanatomische Fragen austauschten. Zu ihren Mitgliedern zählten unter anderem Richard Lower, Robert Boyle und Christopher Wren. In diesem inspirierenden Umfeld sezierte der Arzt Thomas Willis (1621–1675) neben Menschen eine Vielzahl unterschiedlicher Tiere und veröffentlichte 1664 sein Werk Cerebri anatome. Versehen mit realistischen Zeichnungen Wrens, wurde es sofort zum Standardwerk zur Anatomie des Nervensystems und der cerebralen Blutgefäße. Während Descartes den Sitz der geistigen Funktionen noch in den Ventrikeln vermutet hatte, folgte Willis den Überlegungen Vesalius' und rückte nun endgültig die Hirnsubstanz ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Er hielt die graue Substanz für die Produktion des Pneumas zuständig, die weiße Substanz für dessen Fortleitung; während er dem Großhirn eine Funktion bei bewussten Bewegungen und beim Nachdenken zusprach, hielt er das Kleinhirn für die Steuerung von Organen und unbewusste Bewegungen zuständig. Willis prägte zahlreiche Fachwörter, unter anderem „Neurologie“ und betrachtete viele Geisteskrankheiten, die während des Mittelalters nicht von Ärzten, sondern von Priestern behandelt worden waren, als organische Krankheiten des Gehirns.

Zur gleichen Zeit stellte der Italiener Giovanni Alfonso Borelli (1608–1679) erstmals die Existenz eines gasförmigen spiritus animalis in Frage, nachdem er den unter Wasser getauchten Nerv eines Tiers zerschnitten hatte und keine aufsteigenden Gasblasen zu beobachten waren. Er vermutete stattdessen die Existenz einer Flüssigkeit, des succus nerveus, die durch die hohlen Nerven in die Extremitäten gepresst werden und so nach pneumatischen Prinzipien die Handlungen hervorrufen solle. Weitere hirnanatomische Entdeckungen jener Zeit gehen auf den Deutschen Franciscus de la Boe Sylvius zurück, der die große seitliche Fissur an der Hirnoberfläche beschrieb und die Verbindung zwischen dem dritten und vierten Ventrikel untersuchte. Beide Strukturen sind als Fissura Sylvii beziehungsweise Aquaeductus Sylvii noch heute nach ihm benannt.

18. Jahrhundert
Nerven als elektrische Leiter

Bereits im ausgehenden 16. Jahrhundert waren die ersten zusammengesetzten Lichtmikroskope aufgekommen. Ende des 17. Jahrhunderts entwickelte der Niederländer Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) sie wesentlich weiter und wies bereits 1674 darauf hin, dass es ihm mittels dieses Geräts nicht gelungen sei, im Nervus opticus (Sehnerv) einer Kuh den Hohlraum zu entdecken, den er nach dem damaligen anatomischen Verständnis enthalten sollte.[20] Obgleich die Mikroskope im 18. Jahrhundert noch unter begrenzten Vergrößerungen und starken Verzerrungen litten, ermöglichten sie es dem Italiener Felice Fontana (1730–1805), die Axone der Nerven erstmals exakt zu beschreiben.

Ebenfalls um 1600 hatte der englische Arzt und Physiker William Gilbert (1544–1603) mit der wissenschaftlichen Erforschung der Elektrizität begonnen. Zitteraale und Zitterrochen waren schon in der Antike therapeutisch eingesetzt worden, doch erst im 18. Jahrhundert wurde ihre Wirkung auf den Menschen aufgeklärt: John Walsh (1726–1795) konnte zeigen, dass sie tatsächlich elektrische Organe besitzen, die Elektrizität der gleichen Art erzeugen wie die gerade aufgekommenen Elektrisiermaschinen. Die Idee, dass nicht nur Fische in der Lage sind Elektrizität zu erzeugen, sondern auch die menschlichen Nerven auf dieser Basis funktionieren, tauchte schon bei Stephen Gray (1666–1736), Stephen Hales (1677–1761) und Alexander Monro I. (1697–1767) auf. Die ersten experimentellen Befunde, die diese Idee bestätigten, lieferte Luigi Galvani (1737–1798) in seinen 1791 veröffentlichten Untersuchungen an Froschschenkeln. Sein Neffe Giovanni Aldini (1762–1834) übertrug diese Erkenntnisse auf den Menschen, indem er mit den Köpfen enthaupteter Krimineller experimentierte.

Die Einsicht, dass Nerven elektrische Impulse übertragen, konnte die alte Überzeugung, dass Handlungen durch Pneuma oder eine hydraulische Flüssigkeit ausgelöst würden, zunächst nur zögerlich ersetzen. Ihr bekanntester Kritiker war Alessandro Volta (1745–1827), der eine allgemeine Form „tierischer Elektrizität“ für unvorstellbar hielt und zahlreiche methodische Fehler in Galvanis Arbeit aufdeckte. Letztlich gelang es mit Alexander von Humboldt (1769–1859) jedoch einem angesehenen Unbeteiligten, Galvanis Experimente unter verbesserten Bedingungen zu reproduzieren und den wissenschaftlichen Streit somit in dessen Sinne zu entscheiden.

So und hier unterbrechen wir,wer weiterlesen möchte,hier der Link:

https://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_der_Hirnforschung