Die Auswirkungen der künstlichen Intelligenz (KI) auf unser zukünftiges Leben sind ein aktuelles Schwerpunktthema. Vergleiche der KI mit der menschlichen Intelligenz wecken aber auch zugleich zwangsläufig das Interesse am komplexesten unserer Organe, dem Gehirn. Viele Jahrhunderte lang wurde seine Bedeutung für unseren Körper völlig unterschätzt. Es begann mit der in der Antike entwickelten Gesundheitslehre von den 4 Körpersäften Blut, Schleim, gelbe und schwarze Galle. Damals waren Philosophen und Ärzte davon überzeugt, dass die Gesundheit durch das Mischungsverhältnis dieser Säfte bestimmt wird. Im Verständnis dieser Vier-Säfte-Lehre war das Gehirn aber nur eine Schleim-produzierende Drüse (Aristoteles). Mit dem Schleim sollte die vom Herzen erzeugte „Geisteshitze“ gekühlt werden, denn dieses beherbergte nach dem früheren Verständnis das Geistige, also die Seele. Auch heute wird manchmal noch von dieser Sicht unbewusst Gebrauch gemacht, immer dann, wenn wir bestimmte Ratschläge geben („Aber nimm es Dir doch nicht so zu Herzen“ oder „Beherzige es bitte!“).

Das Gehirn enthält aber tatsächlich Drüsen. Die bekanntesten unter diesen sind der Hypothalamus und die von ihm gesteuerte Hirnanhangsdrüse, die besser bekannt ist als Hypophyse. Lange Zeit glaubte man, dass Letztere den Nasenschleim erzeugt. Heute weiß man, dass über die sogenannte Hypothalamus-Hypophysen-Achse eine Vielzahl von Hormonen in den Blutkreislauf gelangen. Eine andere ist die Zirbeldrüse. Für René Descartes, einem Geistesriesen im 16. Jahrhundert war diese der Ort, wo die Seele ihre Wirkung auf die Materie entfaltet. Das mit dem Seelensitz ist längst vergessen, die Zirbeldrüse wurde entzaubert. Übriggeblieben ist eine ein-Hormon-ausschüttende Drüse, die auf ein vom Hypothalamus ausgesandtes Signal mit dem Melatonin (Mela = schwarz, Tonus= Spannung) uns in den nächtlichen Schlaf schickt. Übrigens, die Drüsenaktivität des Gehirns verleitete einen Physiologen noch im 19. Jahrhundert zu der sarkastischen Feststellung: „Das Hirn verhält sich zu den Gedanken wie die Niere zum Urin: Es sondert sie ab.“

Hätten Sie vermutet, dass das Gehirn fast ebenso viel Fett wie das Fettgewebe enthält? Unsere Vorvorfahren machten von diesem beim Gerben von Tierhäuten mit Hirnfett Gebrauch. Dabei wird ein besonders geschmeidiges Leder erhalten. Später wurde das Hirnfett durch pflanzliche Gerbstoffe (Tannine) abgelöst.  Aber im Unterschied zum Fettgewebe enthält das Gehirn sehr spezielle Fettmoleküle. Mit diesen wird die „Sendeantenne“ (übliche Ausdrücke dafür sind Nervenfaser, Nervenausläufer, Axon oder Neurit) der Neuronen umhüllt. Diese Ummantelung (Myelinscheide) isoliert die Nervenfaser von der wässrigen Umgebung. Das hat wiederum den großen Vorteil, dass dadurch die Neuronen in die Lage versetzt werden, sehr schnell miteinander kommunizieren zu können.

Durch die vielfältigen Aktivitäten des Gehirns sind wir der Umwelt nicht hilflos ausgesetzt. So macht es uns über die von Auge, Ohr und Nase empfangenen Signale auf Gefahren aufmerksam und ermöglicht uns gleichzeitig auf diese zu reagieren. Es empfängt aber auch Signale aus dem Inneren und reagiert auf diese zu unserem Vorteil. So signalisiert ein vom Magen ausgeschüttetes Hormon (Ghrelin) dem Hypothalamus: Es ist Zeit zum Essen! Davon abgesehen, verdanken wir dem Gehirn das Dichten, Musizieren, die Natur in impressionistischen Bildern einzufangen oder mit abstrakten Theorien zu beschreiben. Aber es hat die Menschen auch zum Bau von Atombomben befähigt. Trotz der bis zum Ersten Weltkrieg über das Gehirn gewonnenen Erkenntnisse war jedoch kaum bekannt, dass es nicht nur der Ort von geistigen Aktivitäten ist, sondern auch unwillkürliche (vegetative) Prozesse kontrolliert. Solche sind die Atmung, die Herzfrequenz oder der Blutdruck. Wie kam es eigentlich zu dieser erweiterten Erkenntnis? Der Anstoß dafür war das Interesse des Würzburger Psychiaters Reichhardt an der Syphilis, einer, wahrscheinlich Ende des 15. Jahrhunderts durch die Spanier aus Südamerika eingeschleppten sexuell übertragbaren Krankheit. Es war bekannt, dass diese durch einen korkenzieherähnlichen, winzigen Mikroorganismus ausgelöst wurde. Weil es dem Erreger auch gelingt, den Weg in das Gehirn zu finden, wird ein Teil der Erkrankten nach Jahren von einer progressiven Paralyse (fortschreitende Verblödung) heimgesucht. Reinhardt trieb nun die Frage um: Warum stirbt eigentlich ein Paralyse-Erkrankter an Verblödung? Diese Frage drängt sich geradezu auf, weil die Funktionen anderer, lebenswichtiger Organe für den Körper, wie Herz, Niere oder Leber, nicht verkümmern. Zur Antwortsuche führte er vergleichende Sektionen an den Gehirnen von infizierten und nicht-infizierten Verstorbenen durch. Sorgfältig zerlegte er die Gehirne in ihre Bestandteile, wog diese und suchte in diesen den Erreger. Dabei fand er, dass nicht alle Bestandteile befallen waren. Der Erreger hatte sich hauptsächlich in bestimmten Regionen des Hirnstamms angesiedelt, dem Teil des Gehirns, der die Verbindung zum Rückenmark herstellt. Im Unterschied zu den Nicht-Infizierten hatte der Hirnstamm im paralysierten Gehirn deutlich an Gewicht verloren. Da-raus zog er die Schlussfolgerung, dass die fortschreitende Schädigung des Hirnstamms zum Tod der Infizierten führt. Demzufolge muss dieser ein Ort sein, der die unwillkürlich ablaufenden Prozesse im Körper (mit)reguliert.

Ein besonderes Merkmal des Gehirns ist sein hoher Energiebedarf. Wir kennen den Computer als Energiefresser. Beim Versenden von 10.000 E-Mails wird eine Energiemenge von etwa 1 kWh verbraucht. Mit einer solchen Strommenge kann beispielsweise ein 600 Watt-Staubsauger zwei Stunden betrieben werden. Das Beispiel mit den versandten Emails illustriert, warum auch die Kommunikation der Neuronen untereinander Energie kostet. Dabei kommt es zu drastischen Veränderungen im Ionenmilieu in und um die Neuronen herum. Durch die Kommunikation werden Neuronen „erschöpft“. Um deren Kommunikationsfähigkeit wieder herzustellen, müssen die Neuronen wieder „re-energetisiert“ werden. Diese Wiederherstellung der ursprünglichen Ionen-Umgebung erfordert einen hohen Energieaufwand. Im Zustand körperlicher Ruhe verbraucht das Gehirn (rund 1,5 kg) mit einem Anteil von 2 Prozent an der Körpermasse, 20 Prozent des eingeatmeten Sauerstoffs. Somit verbraucht dieses ein Fünftel des Energiebedarfs des Körpers. Es ist außerdem wählerisch bei der Brennstoffauswahl für die Energieerzeugung durch seine Kraftwerke (Mitochondrien). Es akzeptiert fast ausschließlich nur die Glucose (Traubenzucker) und wird deshalb von dieser sehr abhängig. Für den vom Insulin-abhängigen Diabetiker kann das schnell zum Problem werden, denn bei zu niedriger Blutglucose verliert das Gehirn schnell seine Kontrollfunktionen im Körper – es kommt zur gefürchteten Unterzuckerung.

Weltweit nimmt das Übergewicht bei den Kindern zu. Nach einer Schätzung von 2016 waren zu diesem Zeitpunkt 250 Millionen Kinder übergewichtig. Hauptursache dafür ist die überkalorische Ernährung im Verbund mit Bewegungsmangel. Nach einer auf den ersten Blick fast abwegig erscheinenden Hypothese gilt das Gehirn auch als Risikofaktor für die Zunahme der Übergewichtigkeit unter Kindern. Was spricht für diese Hypothese? Wie oben schon gesagt, wird ein Fünftel der mit den Nahrungsmitteln konsumierten Energie vom Gehirn verbraucht. Das gilt aber nur für den Erwachsenen. Bei einem Fünfjährigen ist der Anteil des Gehirns am täglichen Energiebedarf des Körpers absolut (500 kcal pro Tag) und relativ noch höher (40%). Mit der Positronen-Emissions-Tomographie wurde der Glucosebedarf für die verschiedenen Bestandteile des Gehirns auch kartographiert. Diese Untersuchungen zusammengenommen führten zu einem überraschenden Ergebnis: Im Alter der Vorschulkinder besteht eine umgekehrt proportionale Beziehung zwischen dem Energiebedarf des Gehirns und der Wachstumsgeschwindigkeit der Kinder. Bei den Pubertierenden ist es genau umgekehrt, deren schnelles Wachstum korreliert mit einem relativ niedrigen Energieverbrauch des Gehirns.

Aber warum ist der Energiehunger des Gehirns bei Fünf- bis Siebenjährigen so hoch? In diesem Alter kommt es zur umfangreichen Neubildung von Nervenzellen und Synapsen. Die Synapsen befinden sich am Ende der Nervenfasern der Nervenzellen und verknüpfen Nervenzellen miteinander, aber auch Nervenzellen mit Muskelzellen, Drüsenzellen oder Sinneszellen. Die Synapsen haben in der Mehrzahl die Aufgabe von chemischen Signalwandlern, die den Austausch von Information zwischen Nervenzellen untereinander oder mit anderen Zellen ermöglichen. Im Alter der Vorschulkinder wird demnach das Gehirn stark aufgerüstet, Nervenzellen und Synapsen werden verstärkt gebildet, wodurch der zerebrale Energiebedarf ansteigt. Diese Aufrüstung erweitert und verbessert die kognitiven Fähigkeiten der Vorschulkinder, also das Wahrnehmungsvermögen, die Aufmerksamkeit, das Auswendiglernen, das kreative Problemlösen, das abstrakte Denken oder die Selbstbeobachtung.

Worin besteht nun die im Titel angekündigte (hypothetische) Verknüpfung zwischen dem Energiebedarf des Gehirns und der Adipositas? Zum Zeitpunkt des maximalen zerebralen Energieverbrauchs ist der Fettanteil an der Körpermasse am geringsten. Neugeborene erblicken mit einem Fettgehalt von etwa 15 Prozent das Licht der Welt. Danach nimmt der Fettanteil ab und erreicht bei den Vorschulkinder das Minimum. Somit gibt es im Vorschulalter auch eine reziproke Auffälligkeit zwischen dem Energiebedarf des Gehirns und dem Körperfett. Außerdem gibt es ähnliche Auffälligkeiten zwischen der Feinstruktur des Gehirns oder den kognitiven Fähigkeiten der Klein- und Vorschulkinder und ihrem Body-Mass-Index (Körpergewicht in kg geteilt durch das Quadrat der Körpergröße in Meter). Dass der Energiebedarf des Gehirns den Körper dominiert, wird besonders augenscheinlich durch die reziproke Beziehung zwischen dem Energiekonsum des Gehirns und der Wachstumsgeschwindigkeit oder dem Körperfettanteil. Der Einfluss des Energiestoffwechsels des Gehirns ist besonders groß im Alter der Vorschulkinder. Das lässt wiederum vermuten, dass eine mangelnde Förderung der kognitiven Fähigkeiten von Vorschulkindern zu einer verminderten Aufrüstung des Gehirns mit Nervenzellen und Synapsen sowie deren Vernetzung führt. Das wiederum reduziert den Energiekonsum des Gehirns und damit seinen Glucoseverbrauch. Die vom Gehirn nicht verbrauchte Glucose wird vom Körper in Fett umgewandelt (deshalb sind ja auch Low-Carb-Diäten en vogue), in Depots abgelegt und so der Grundstein für ein frühes Dicksein gelegt. Damit gesellt sich zu den bekannten Adipositas-Risiken (Lifestyle und Microbiom des Darmes) eine neue hinzu, dass unterforderte kindliche Gehirn.