Gehirntheorie des Menschen

10.  Das Modul des Rotationsspeichers im limbischen System  

Bereits in meiner Monografie „Das limbische System“ ISBN 978-3-00-037458-6 (deutsch) bzw. ISBN 978-3-00-042153-2 (englisch) habe ich das limbische System erklärt und eine Hypothese über seine Entstehung entworfen. Das oberste Segment des uralten Strickleitersystems war das olfaktorische. Die Signale der Geruchsrezeptoren trafen im sensorischen Zentrum des ersten Segments ein. Über Neuronen der Klasse 3 zogen sie zum motorischen Zentrum und aktivierten dort die Neuronen der Klasse 5, die ihrerseits die Motoneuronen des Körpers aktivierten. So wurden olfaktorische Signale zur Körpersteuerung eingesetzt, um Futter zu finden. Doch die Duftsignale verflüchtigten sich im Wasser – wo alle Tiere damals lebten – recht schnell. Dann war das olfaktorische Signal weg. Günstig war es, die Dauer des olfaktorischen Signals zu verlängern. Hier fand die Natur folgende Lösung.

 

 

 

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Abbildung 49: Prinzipieller Aufbau des Hippocampus am Beispiel einer Moosfaser

Die Neuronen der Klasse 3 bildeten jeweils ein Axon, die sogenannte Moosfaser, welches in regelmäßigen Abständen Axonkollateralen bildete, die ihrerseits neue Neuronen der Klasse 3 generierten. Diese Neuronen waren Echoneuronen, die vom vorbeiziehenden Aktionspotential auf der Moosfaser aktiviert wurden und so selbst ein Aktionspotential bildeten. Da die Moosfasern keine Myelinhülle besaßen, breiteten sie die Aktionspotentiale relativ langsam aus. Die Axone der Echoneuronen – die Schaffer-Kollateralen – endeten pro Moosfaser auf einem eigenen Outputneuron. So wurde jedes Aktionspotential eines olfaktorischen Rezeptors in eine Folge von Aktionspotentialen umgewandelt, die nun deutlich länger dauerte. Die Länge der Moosfasern nahm zu, da dies vorteilhaft war. So konnte das Tier länger auf olfaktorische Reize reagieren, auch wenn diese nur kurz andauerten.
Die entstandene Struktur war der Hippocampus. Sein Output erreichte auf der motorischen Seite den dortigen motorischen Kern, die Amygdala. Als diese zum Hippocampus zurückprojizierte, entstand eine geschlossene Signalschleife.

In dieser konnte ein einmal erzeugtes olfaktorisches Signal praktische unendlich lange rotieren. So wurde eine längere Beutesuche möglich. War die Beute gefressen worden, konnte ein Hemmungssignal aus den Verdauungsorganen in der Amygdala hemmende Interneuronen aktiveren, die die ewige Rotation des Geruchssignals stoppten.
Auch andere Substrukturen des Nervensystems konnten in der Amygdala die hemmenden Neuronen ansteuern und die Signalrotation beenden. Andererseits konnten ebenso erregende Signale eine neue Signalrotation anstoßen, so dass nun ein Rotationsgedächtnis für Signale aller Art zur Verfügung stand.

 

Abbildung 50: Prinzip der Signalrotation im limbischen System nach A. Malczan, 2013

Das Septum stellte in der ersten Etage des Strickleitersystems den Mittelwertkern dar. Seine Neuronen verwendeten bereits damals Acetylcholin und aktivierten damit die Muskeln. Noch heute dient dieser Neurotransmitter der Aktivierung der Muskeln. Damit die ununterbrochene Signalrotation nicht zur Überlastung der beteiligten Neuronen führte, entwickelte sich eine hemmende Rückprojektion vom Septum zur Amygdala, so dass die ständige Signalrotation für die Zeit unterbrochen wurde, die ein Signal brauchte, um von der Amygdala über den Hippocampus zum Septum zu gelangen. War dieses letzte Aktionspotential aufgebraucht, begann die Signalrotation erneut, denn in der geschlossenen Schleife gab es mehr Aktionspotentiale, als das Septum hemmen konnte. Der Hippocampus wurde so zum Rotationsspeicher des Nervensystems. Wenn ein Signal in den Rotationsspeicher Eingang gefunden hatte, stand es solange zur Verfügung, bis es durch einen weiteren Algorithmus gelöscht wurde.

Beispielsweise wurden alle Retinasignale in den Hippocampus eingespeist. Dort rotierte dann ein komplettes Retinaabbild in Schleifen, für jedes Bildpixel und jede visuelle Modalität (Helligkeit, Farbe) gab es genau eine geschlossene Signalschleife.
Die im Hippocampus zwischengespeicherten Signale erreichten jedoch nicht direkt das Bewusstsein, welches die aktuelle Gegenwart auswertete. Die Vergangenheit wurde dem Unterbewusstsein zur Verfügung gestellt. Dieses befand sich im Cerebellum.
Daher erreichte der limbische Rotationsoutput bei jedem Rotationsdurchlauf auch über den anterioren Thalamus das Cerebellum. Dort stehen die Rotationssignale ständig zur Verfügung. Und über das Cerebellum kehrten sie auch zu ihren Ursprungsorten im Cortex zurück. Sie waren ja – damals in früher Evolutionszeit – mit den Originalsignalen identisch.
Viele Jahrmillionen später tauchte jedoch ein besonderes Phänomen auf.
Wenn man die Augen schloss (oder alternativ ein weißes Blatt Papier anschaute), so erschienen die Rotationssignale des limbischen Systems vor dem geistigen Auge – diesmal jedoch in der Komplementärfarbe. Warum ist dies so?
Dies ist eine Folge der Signaldivergenz im Nucleus olivaris, die im Lauf der Evolution entstand. Sie führte wahrscheinlich zu Veränderungen in den Signalen.
Der Output der Retina wird direkt zum limbischen System gesandt und nimmt dort an der Signalrotation teil, bei jedem Umlauf erreicht er über den anterioren Thalamus auch das Cerebellum über den Nucleus olivaris.
Als sich im Nucleus olivaris auch eine Signaldivergenz etablierte, wurden die Signale im Divergenzmodul der Olive genauso divergent behandelt wir im cortikalen Divergenzmodul. Die Farbe beispielsweise wurde als maximumcodierter Neuronenvektor verschlüsselt.

Allerdings entstand ein Problem: Der Nucleus dentatus invertierte den Cerebellumoutput. Dadurch wurde er zu einem minimumcodierten Signalvektor. Diese Signalinversion überführte die aktuelle Farbe in die Komplementärfarbe. Diese erreicht – wenn die Augen geschlossen werden oder ein weißes Blatt Papier gesehen wird – wieder über den Thalamus den Cortex und ruft dort die wahrgenommene Komplementärfarbe hervor. Grund ist die Signalinversion im Nucleus dentatus und die Signaldivergenz im Nucleus olivaris, die es in früher Urzeit noch nicht gab. Diese Falschfarbenbilder sind ein Tribut an die Weiterentwicklung des Spinocerebellums zur Inversionsschaltung.
Nachbilder in Komplementärfarbe sind ein Indiz für die Richtigkeit meiner Theorie.

Die Rotationssignale des limbischen Systems erreichen vorwiegend das Cerebellum, welches im Gehirnsystem das Unterbewusstsein repräsentiert. Dort können die limbischen Signale, die meist die Vergangenheit repräsentieren, die auch deutlich länger zurückliegen kann, mit Gegenwartssignalen kombiniert werden und so neue Komplexsignale bilden. Dies ist die Grundlage für unser Langzeitgedächtnis.
Mehr kann hier nicht dargestellt werden, weil die vier Wochen Zeit, in der meine Frau zur Kur war, nun fast zu Ende sind. Es bleibt nur noch Zeit für das Korrekturlesen.
Das letzte Kapitel zum Spracherwerb und zur Sprachsteuerung wird jedoch noch fertiggestellt, jedoch nur in Kurzform.