Hirnforschung 09.09.2009 Was Städte und Gehirne gemeinsam haben
Das Wort Nervenbahn ist treffender, als mancher bislang gedacht hat: Nervenbahnen im menschlichen Gehirn sind nämlich nach ganz ähnlichen Regeln strukturiert wie die Straßen und Bahnlinien in einer Großstadt.
Das Wachstum von Städten kann daher Aufschluss über die Evolution des menschlichen Gehirns geben, sagen Mark Changizi und Marc Destefano vom Rensselaer Polytechnik-Institut in Troy (New York). Entscheidend für die Organisation des gesamten Systems ist hier wie dort nicht primär, wie viele Verbindungen es zwischen einzelnen Punkten oder Teilen gibt - sondern wie gut sie sind. Ein höher entwickeltes Gehirn sei nicht einfach ein primitiveres mal zwei. Genauso ist eine Großstadt weit mehr als ein hundertfach vergrößertes Dorf.
Informationen statt Menschen und Waren
Die Forscher studierten die Evolution des Denkapparates und verglichen unterschiedlich komplexe Gehirne miteinander. Dabei fiel auf, dass sich beim Gehirnwachstum das Verhältnis von Oberfläche oder Volumen zur Anzahl der Synapsen gleich verhält wie beim Städtewachstum das Verhältnis von Fläche zur Zahl der Verkehrsverbindungen.
Wenn sich die Fläche verdoppelt, nimmt die Anzahl der Verbindungen um einen etwas kleineren Faktor zu, dafür sind die Verbindungen besser. Trotz der Unterschiede - über die Neuronen im Gehirn laufen Informationen, während die Straßen in einer Stadt Menschen und Waren transportieren - seien die Systeme vergleichbar, da beide unter dem Druck stünden, viel Inhalt effizient und zielgerichtet zu verteilen und dabei die Anzahl der Wege zu minimieren, damit kein Durcheinander entsteht, erklären die Wissenschaftler.
Knackpunkt ist nicht die Menge
Die Hauptaufgabe des Gehirns ist es, Informationen und Befehle effizient zu verarbeiten und die richtigen Zellen miteinander zu verbinden. Der Knackpunkt ist dabei nicht die Menge an Verbindungen, sondern vielmehr die Organisation der Synapsen - der Verbindungen zwischen den Nervenzellen. «Wenn das Gehirn eines Hundes die doppelte Größe hätte, wäre es deshalb noch kein menschenähnliches Gehirn. Das komplexere Denkorgan hat nicht einfach mehr Hundeneuronen, sondern besser vernetzte», erklärt Hirnforscher Changizi. Was im Gehirn die Synapsen erledigen, nämlich gute Informationsflüsse herzustellen, übernehmen in der Stadt die Straßen und Autobahnen.
Grundlage ist ein mathematisches Gesetz
Changizi und sein Team sind den sogenannten Scaling Laws auf der Spur. Diesen eigentlich rein mathematischen Gesetzen folgen in der Natur unzählige Phänomene, vom Pflanzenwachstum über Populationsgrößen bis zu den von Changizis Team untersuchten Synapsen im Gehirn. Dabei enden komplizierte Berechnungen ähnlich wie bei der sogenannten Fibonacci-Reihe immer wieder beim selben Resultat, was offenbar eine Art Naturgesetz darstellt. «Städte sind keine Gehirne, die Metapher hat natürlich ihre Grenzen, aber dennoch kann das eine System als Modell für das andere dienen, da sie den selben Scaling Laws folgen», schließen die Forscher aus ihren Studien.
car/kat/news.de/ddp
