Ob Sprache, abstraktes Denken oder Kreativität: Wir Menschen haben kognitive Fähigkeiten entwickelt, die den meisten anderen Tieren fehlen. Dazu passt, dass unser Gehirn im Verhältnis zu unserer Körpergröße besonders groß und stark vernetzt ist. Rund 86 Milliarden Nervenzellen sind darin in auf komplexe Weise miteinander verschaltet. Aber reicht das allein schon aus, um unsere hohe Intelligenz zu erklären? Immerhin haben Elefanten und einige Meeressäuger mehr Hirnzellen als wir und die Neuronendichte der Honigbienen übertrifft die unsere deutlich.
Ist der Bau unserer Neuronen das Entscheidende?
Wo also verbirgt sich der entscheidende Unterschied? „Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass auch die Eigenschaften der einzelnen Neuronen dafür eine wichtige Rolle spielen“, berichten Ido Aizenbud von der Hebräischen Universität Jerusalem und seine Kollegen. „Denn menschliche Neuronen unterscheiden sich von den Hirnzellen anderer Spezies sowohl morphologisch als auch physiologisch.“ So besitzen die Neuronen unserer Großhirnrinde in der Regel besonders lange, verzweigte Dendritenfortsätze mit verlängerten Ästen.
Die Neuronen des menschlichen Gehirns haben besonders lange, verzweigte Zellfortsätze, Dendriten genannt. — © koto_feja/ iStock
„Doch verleihen diese Unterschiede den menschlichen Hirnzellen auch mehr Rechenleistung auf der Einzelzellebene? Bisher blieb diese Kernfrage unbeantwortet“, schreiben Aizenbud und sein Team. Um dies zu klären, haben sie künstliche Intelligenz zu Hilfe genommen: Sie konstruierten dafür zunächst mehrere neuronale Netzwerke nach dem Vorbild einzelner Pyramiden-Neuronen von Mensch oder Ratte. Diese bildeten Kernmerkmale der beiden Hirnzelltypen nach.
Dann testeten die Forschenden, wie gut diese künstlichen Neuronen unterschiedlich komplexe Input-Signale verarbeiten können – beispielsweise durch Reize, die von verschiedenen Dendritenenden gleichzeitig einlaufen. Der sogenannte Functional Complexity Index (FCI) spiegelt dabei wider, wie effizient die Neuronen-Analoga diese Reize verarbeiten können.
Jede Hirnzelle ist ihr eigener kleiner Computer
Es zeigte sich: Die Hirnzellen von Menschen und Ratten unterscheiden sich in ihrer Rechenkapazität signifikant. In den Tests erreichten die Analoga der menschlichen Pyramidenneuronen einen signifikant höheren Wert im Functional Complexity Index (FCI) als ihre Pendants im Rattengehirn – 0,38 gegenüber 0,22. „Dies zeigt, dass die menschlichen Pyramidenneuronen eine größere funktionelle Komplexität aufweisen als die der Ratten“, berichten Aizenbud und seine Kollegen.
Anders ausgedrückt: Unsere Neuronen sind mehr als nur einfache An/Aus-Schalter. Stattdessen bildet jede Hirnzelle einen eigenen Schaltkreis, der Berechnungen durchführen kann. Jedes Neuron entspricht dadurch einem kleinen Mikrochip oder neuronalen Netzwerk, das beispielsweise zwischen dem Anblick einer Katze oder eines Hundes unterscheiden kann. Dadurch sind die Kapazitäten dieser Recheneinheiten bei uns Menschen signifikant größer als bei Ratten oder anderen Säugetieren, wie das Team erklärt.
Im Vergleich zur Ratte haben die Hirnzellen der menschlichen Großhirnrinde eine deutlich höhere Rechenkapazität. — © Daniela Yoeli / Hebrew University of Jerusalem
Die Zellfortsätze machen den Unterschied
Aber woran liegt dies? Um das herauszufinden, führten die Forschenden weitere Tests durch, in denen sie verschiedene Merkmale ihrer Modellneuronen veränderten – die Dendritenlänge, den Abstand zwischen Abzweigungen oder auch die Aktivität der Synapsen. Dies ergab: Die größere Rechenkapazität unserer menschlichen Hirnzellen ist tatsächlich primär bauartbedingt – die Morphologie ist entscheidend.
Konkret zeigte sich, dass menschliche Neuronen von ihren längeren, stärker verzweigten Dendriten profitieren. Denn dadurch entstehen teilautonom agierende Unterbereiche im Neuron, die parallel arbeiten können und so die Rechenkapazität erhöhen. Zudem erhöhen die stärker verzweigten Zellfortsätze die Oberfläche, die für Verknüpfungen mit benachbarten Hirnzellen zur Verfügung steht.
Basis für kognitive Überlegenheit?
„Damit enthüllen unsere Ergebnisse die strukturelle und biophysikalische Basis für die verbesserte Funktion menschlicher kortikaler Neuronen“, konstatieren Aizenbud und seine Kollegen. Ein Teil der menschlichen Intelligenz und unserer kognitiven Überlegenheit gegenüber anderen Tieren könnte demnach in den einzelnen Hirnzellen verborgen liegen: Weil schon sie wie kleine Computer agieren, ist die Rechenkapazität des menschlichen Gehirns besonders hoch.
Zusammen mit dem größeren Hirnvolumen und der starken Vernetzung könnte der besondere Bau unserer Neuronen unseren Vorfahren den entscheidenden Entwicklungsvorsprung vor anderen Tierarten verliehen haben. Die neuen Erkenntnisse geben jedoch auch neue Einblicke darin, wie unser Geist und unser Bewusstsein auf biophysikalischer Ebene funktionieren.
Quelle: Ido Aizenbud (The Hebrew University of Jerusalem) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026; doi: 10.1073/pnas.2533168123
