Signaltheorie der Intelligenz

7 Die Entwicklung des segmentierten Nervensystems der Wirbeltiere (Kurzfassung)

Die im Folgenden beschriebene Differenzierung der sensorischen Modalitäten zwischen den Segmenten folgt einer von Malczan (2019) entwickelten Theorie zur evolutionären Spezialisierung segmentierter Nervensysteme. Diese Theorie wurde in Gehirntheorie der Wirbeltiere (ISBN 978‑3‑00‑068559‑0) sowie in der Onlinefassung (Malczan 2019) ausführlich dargestellt.

Das strickleiterartige Nervensystem der frühen Segmenttiere

Das strickleiterartige Nervensystem der frühen Segmenttiere war anfangs in allen Segmenten gleich aufgebaut. Jedes Segment verfügte über denselben Satz sensorischer Rezeptoren, sodass alle Modalitäten – Geruch, Berührung, Temperatur, chemische Reize und andere – in jedem Segment gleichermaßen vertreten waren. Die neuronalen Netze der Segmente waren daher zunächst funktional identisch.

Mit zunehmender Komplexität der Umwelt und wachsender Bedeutung sensorischer Spezialisierung setzte jedoch ein Prozess ein, der auf neuronaler Konkurrenz beruhte. Signale gleichartiger Rezeptoren hemmten sich gegenseitig über die Interneuronen der Segmentgrenzen. Stärkere Signale unterdrückten schwächere. Dieser Wettbewerb führte zu einer allmählichen funktionalen Differenzierung der Segmente.

Im obersten Segment – dem späteren Cortex – war die neuronale Konkurrenz am stärksten ausgeprägt. Hier setzten sich die olfaktorischen Rezeptoren durch: Ihre Signale waren am stärksten und hemmten die olfaktorischen Signale der übrigen Segmente. Im Verlauf der Evolution bildeten sich die olfaktorischen Rezeptoren in den unteren Segmenten zurück, bis schließlich nur noch das erste Segment olfaktorische Rezeptoren besaß.

Der gleiche Konkurrenzprozess wiederholte sich für andere sensorische Modalitäten. Jede Modalität fand schließlich ein Segment, in dem ihre Rezeptoren und neuronalen Netze die Konkurrenz gewannen. Am Ende dieses evolutionären Selektionsprozesses war jede sensorische Modalität nur noch in einem einzigen Segment präsent.

Motorische Modalitäten hingegen blieben in allen Segmenten erhalten, da sie für die segmentale Fortbewegung und Körperkoordination unverzichtbar waren. Ebenso blieben Schmerzrezeptoren und Rezeptoren des autonomen Nervensystems in allen Segmenten bestehen, da sie grundlegende Schutz- und Überlebensfunktionen erfüllten.

Die Aufspaltung der sensorischen Modalitäten führte im obersten Segment zu einer weiteren Differenzierung: Die Signalwege trennten sich, und der Cortex zerfiel in Modalitätenlappen. Die neuronalen Netze spezialisierten sich auf jeweils eine Modalität und entwickelten eigene Muster, Gewichtungen und Verarbeitungsstrategien. Damit entstand eine frühe Form der funktionalen Gliederung des Gehirns.

Ein weiterer entscheidender Schritt der Evolution betraf die Konkurrenz zwischen den beiden Körperseiten. Dieser Prozess führte zwangsläufig zur Entstehung des Cerebellums – ein Thema, das wir im folgenden Abschnitt ausführlich behandeln werden.

Vom lokalen zum globalen Nervensystem: Die Evolution der globalen Intelligenz

Die bisher beschriebenen neuronalen Netze der frühen Segmenttiere arbeiteten lokal. Die Reichweite der Axone und Dendriten der Interneuronen war stark begrenzt, sodass jedes Segment nur innerhalb eines engen räumlichen Bereichs Informationen verarbeiten konnte. Lokale Netze können jedoch nur lokale Intelligenz hervorbringen. Sie erkennen Muster, die in ihrem unmittelbaren Umfeld auftreten, und reagieren darauf – doch sie besitzen keine Möglichkeit, Informationen über den gesamten Körper hinweg zu integrieren.

Mit der zunehmenden Komplexität der Umwelt und der steigenden Bedeutung koordinierter Verhaltensweisen stand die Evolution vor einer neuen Herausforderung: Die Schaffung global arbeitender neuronaler Netze. Ein Organismus, der Informationen aus allen Segmenten zusammenführen und daraus übergeordnete Entscheidungen ableiten konnte, hätte einen entscheidenden Überlebensvorteil.

Die Lösung bestand in der Entwicklung einer global agierenden neuronalen Struktur, die bei sämtlichen Wirbeltieren vorhanden ist: dem Cerebellum. Das Cerebellum ist die erste Struktur, die Signale aus allen Segmenten gleichzeitig empfängt, verarbeitet und wieder zurückverteilt. Es bildet damit die signaltechnische Grundlage für die globale Intelligenz der Wirbeltiere.

Während das strickleiterartige Nervensystem lokale Muster erkannte und lokale Reaktionen steuerte, schuf das Cerebellum ein übergeordnetes Netzwerk, das den gesamten Organismus koordinierte. Es integrierte sensorische, motorische und interne Signale zu einem globalen Zustand und beeinflusste die Aktivität aller Segmente gleichzeitig.

In diesem Sinne könnten Wirbeltiere auch als ‚Cerebellumtiere‘ bezeichnet werden: Ihre Fähigkeit zu globaler Intelligenz, zu komplexer Koordination und später auch zu bewusster Wahrnehmung beruht auf der zentralen Rolle des Cerebellums als globaler Integrationsinstanz.

Monografie von Dr. rer. nat. Andreas Heinrich Malczan