aus scinexx

Gut nur unter Beobachtung?
Schon das Bild eines beobachtenden Augenpaares wirkt kooperationsfördernd

Ein aufschlussreicher Augentrick

Nach der evolutionsbiologischen Logik lohnt sich Egoismus für Altruisten immer dann, wenn sie sich unbeobachtet fühlen. „Also achten die einen ständig darauf, ob sie beobachtet werden, und die anderen versuchen die Ehrlichkeit des anderen zu ergründen, ohne selbst gesehen zu werden“, erklärt Milinski den evolutionären Wettstreit zwischen Gebenden und Nehmenden.

Dass dies Spuren hinterlassen hat in unseren Köpfen, davon ist Manfred Milinski fest überzeugt. Wir spüren es jedes Mal, wenn wir ein Augenpaar sehen. „Schon das Erkennen eines Augenpaars löst basale Hirnreaktionen aus, die stärker sind als die, wenn wir ein Gesicht sehen“, sagt er. Das Erkennen und Reagieren auf Augenpaare sei hard wired, wie Milinski es nennt, fest verankert in unserer Kognition. Wie fest, zeigt ein eindrucksvoller Versuch der englischen Verhaltensbiologin Melissa Bateson, von dem der Evolutionsbiologe mit sichtlicher Freude erzählt.

Ein Milchautomat mit Augen

Bateson überließ es ihren Probanden, wie viel sie an einem Milchautomaten für das Getränk bezahlen wollten. Es war niemand anwesend, der die Zahlung kontrollierte; Bateson verzierte lediglich den Automaten: in der einen Woche mit einem Blumenbanner, in der nächsten mit einem Augenpaar, das direkt auf die Person gerichtet war. Obwohl es sich nur um aufgedruckte Augen handelte, zahlten die Personen mehr ein als bei der Verzierung mit dem Blumenbanner. „Dieses unterschiedliche Verhalten lässt sich nur damit erklären, dass wir unterbewusst diesen neuronalen Mechanismus besitzen, der uns darauf achten lässt, ob wir gerade beobachtet werden oder nicht“, sagt Milinski.

Und so kommt man über die Kooperationsforschung zu der Frage, warum ausgerechnet der Mensch Augenpaare besitzt, denen sofort anzusehen ist, wohin sie schauen: „Wir sind wohl die einzigen Lebewesen, deren weiße Sklera für den anderen sichtbar ist“, sagt Milinski. Vielleicht um Mitmenschen zur Kooperation zu zwingen, weil sie auf diese Weise wissen, dass wir sie beobachten?

Beobachtung sichert Kooperation

Bei seinen Recherchen fielen Milinski Bilder von Totempfählen alter Indianerstämme auf: „Immer sind Augenpaare zu sehen, die Sie direkt ansehen und die eine weiße Sklera haben, selbst bei stilisierten Raben und Ziegen“, sagt der Biologe. Für ihn ist klar: Da Augenpaare eine automatische Antwort auslösen, müssen sich die Dorfbewohner unbewusst immer unter Beobachtung gefühlt haben, wenn sie aus dem Haus kamen. „Es war sicherlich eine einfache Möglichkeit, Menschen in einer Dorfgemeinschaft zur Kooperation zu bringen“, glaubt Milinski.

Ob das heute noch funktioniert? Der Milchautomat weist in diese Richtung. Letztlich zeige all das, so Milinski, „dass wir möglicherweise immer um unseren guten Ruf besorgt sind, weil er uns die Unterstützung anderer einbringt.“ Allerdings – sobald wir uns unbeobachtet fühlen, nimmt die Kooperation drastisch ab. Den guten Menschen gibt es vielleicht nur, wenn gerade jemand hinschaut.

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Nota.

Eine passende Illustration zur Frage, wie ‘wissenschaftlich’ Anthropologie zu sein hat: „Den guten Menschen gibt es vielleicht nur, wenn gerade jemand hinschaut“… Man muss schon ziemlich von den verstärkten Tauben der amerikanischen Behavoristen benebelt sein, um ‘wissenschaftlich’ zu einen solchen Schluss zu kommen. ‘Repräsentiert’ das symbolisierte Augenpaar tatsächlich den Blick der Andern? Das müsste ein recht primitives Zusammenleben sein, in dem diese S/R-Konditionierung „funktioniert“. Ein Gemeinwesen, das Totempfähle aufstellt, hat sich weit von der ursprünglichen Horde entfernt. Hier ist Reflexion schon habituell geworden: Das Augenpaar sagt „Gib auf dich selber Acht!“

J. E.

aus New York Times, 14. 12. 2010

Anthropology Group Tries to Soothe Tempers After Dropping the Word ‘Science’

By NICHOLAS WADE

The American Anthropological Association had caused a stir by dropping the word “science” from its long-range plan, angering the evidence-based anthropologists who worry about their field’s growing too soft. All three mentions of the word “science” were excised, and two were replaced by the phrase “the public understanding of humankind.”

On Monday, the association issued a statement of clarification, saying it recognizes “the crucial place of the scientific method in much anthropological research.”

Damon Dozier, the association’s director of public affairs, said: “We’ve heard loud and clear from our members that they have concerns about the long-range plan. We’ll look at the words again.”

The association is an umbrella group that includes several disciplines ranging from physical anthropology — like the study of fossilized human skulls — to more interpretive subjects, like research on race and sex. There has been a longstanding cultural gap within the association between the evidence-based researchers, who include some social anthropologists, and those more interested in advocating for the rights of women or native peoples. The new long-range plan, approved last month, inflamed these differences.

In Monday’s statement, the association defined anthropology as “a holistic and expansive discipline that covers the full breadth of human history and culture.” Anthropology draws on the methods of both the humanities and the sciences, it added.

Mr. Dozier said, “We mean holistic in terms of the diversity of the discipline.”

Peter N. Peregrine, president of the Society for Anthropological Sciences, an affiliate of the association, said Monday that he had heard “outrage and tremendous concern” from his members about dropping references to science, some of them asking how they could justify their department’s existence if their national organization did not regard anthropology as a science.

But Mr. Peregrine expressed hope regarding Monday’s statement, interpreting “holistic” to mean that science is included in the anthropological understanding of human beings.

The differences between the humanistic and scientific approaches may, however, be too large to be bridged. “I really don’t see how or why anthropology should entail humanities,” said Frank Marlowe, president-elect of the Evolutionary Anthropology Society, another association affiliate, given that the social sciences are empirical, while the humanities are analytic, critical or speculative.

“We evolutionary anthropologists are outnumbered by the new cultural or social anthropologists, many but not all of whom are postmodern, which seems to translate into antiscience,” Dr. Marlowe said.

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Nota.

Vor ein paar Jahren noch hätte ich mich bedenkenlos auf die Seite jener geschlagen, die sich gegen den Fetischismus der naturwissenschaftlich-“exakten“ Methode in den Humanwissenschaften auflehnen. Aber heute, nach zwei Jahrzehnten political correctness, muss ich mir das nochmal ganz genau durch den Kopf gehen lassen… Pest oder Cholera, das ist vielleicht unnötig dramatisch formuliert. Masern oder Windpocken, das wird man wohl sagen dürfen.

J. E.

Besser Lernen durch „Synapsen-Recycling“

Nicht nur der Aufbau, sondern auch der Abbau von Synapsen ist essenziell für Lernen und Gedächtnis

Nervenzellen tauschen Informationen über spezielle Kontaktstellen, die Synapsen, aus. Je mehr Synapsen, desto besser, sollte man deshalb meinen. Doch dem ist offenbar nicht so, wie jetzt eine neue Studie belegt. Danach scheint nicht nur der Aufbau sondern auch der Abbau von Synapsen essentiell für Lernen und Gedächtnis zu sein.

Die Forscher hatten das Protein SynCAM1 untersucht, das Synapsen wie eine Art Klebstoff zusammen hält. Wurde die Eiweiß-Menge experimentell erhöht, stieg die Anzahl der Synapsen – die Nervenzellen sollten mehr Wege zur Übertragung von Informationen haben. Im Verhaltenstest lernten jedoch Mäuse ohne das Protein deutlich besser als Kontrolltiere.

Eine Erkenntnis, die auch für bestimmte Krankheiten interessant sein kann, berichten die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried und der Yale University in New Haven in der aktuellen Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Neuron“.

Großbaustelle Gehirn

Das Gehirn gleicht einer Großbaustelle. Ständig wachsen auf der Oberfläche von Nervenzellen neue Fortsätze. Trifft solch ein Fortsatz auf die entsprechende Struktur einer Nachbarzelle, reifen die Fortsatzenden zu einer Synapse. Erst diese Kontaktstellen machen es möglich, Informationen von einer Zelle zur nächsten zu übertragen. Ist eine vorhandene Synapse ineffizient oder wird nicht mehr gebraucht, so wird sie wieder abgebaut.

Wissenschaftler sind sich einig, dass die Fähigkeiten zu lernen, zu vergessen oder sich an etwas zu erinnern, auf diesem ständigen Umbau des Gehirns beruhen.

Synapsenkleber mit Funktion?

Trotz der geringen Größe von Synapsen ist ihre Funktion mittlerweile recht gut verstanden. Dagegen sind die Entstehung von Synapsen und die daran beteiligten Moleküle nur schwer zu untersuchen. Es konnten bestimmte Proteine identifiziert werden, die die beiden Seiten einer Synapse während ihrer Reifung in Position halten. Ob diese Proteine jedoch auch die Funktion der Synapsen beeinflussen, blieb bisher ungeklärt.

Die deutschen und amerikanischen Wissenschaftler konnten nun einige Funktionen eines dieser Proteine aufdecken. „Das Protein SynCAM1 hält die beiden Seiten einer Synapse wie eine Art Klebstoff zusammen und wir haben uns gefragt, ob das Einfluss auf die Anzahl und die Lebensdauer der Synapsen hat“, berichtet Max-Planck-Forscher Alexander Krupp.

Genetisch veränderte Mäuse im Einsatz

Diesen Fragen gingen die Wissenschaftler nach, indem sie in genetisch veränderten Mäusen die Menge an SynCAM1 zeitweise erhöhten, oder das Protein ganz entfernten. Die Veränderungen, die darauf unter dem Mikroskop und in Verhaltenstests zu beobachten waren, überraschten die Neurobiologen.

Die Ergebnisse zeigten, dass SynCAM1 nicht nur beim Aufbau der Synapsen eine Rolle spielt, sondern auch für den Erhalt von vorhandenen Synapsen wichtig ist. War die Menge von SynCAM1 künstlich erhöht, so fanden die Neurobiologen deutlich mehr Synapsen. Wurde die SynCAM1-Menge dann durch einen genetischen Trick wieder reduziert, verschwanden die zusätzlichen Synapsen wieder. Dieser Effekt war nicht nur auf die Entwicklungsphase des Gehirns beschränkt, in der sich die meisten Synapsen bilden, sondern wurde auch im erwachsenen Gehirn beobachtet.

Leichter lernen ohne SynCAM1

„Man könnte vermuten, dass Tiere mit einer erhöhten Synapsenzahl Informationen besser verarbeiten oder behalten können“, erwägt Valentin Stein, einer der beiden Leiter der Studie. Doch genau das Gegenteil war der Fall – sie lernten schlechter. Ein Verhaltenstest stellte klar, dass Mäuse ohne SynCAM1 schneller lernen und sich besser erinnern können.

Dieses Ergebnis scheint nur auf den ersten Blick unlogisch. Mit SynCAM1 werden zwar mehr Synapsen gebildet. Sie sind jedoch auch stabiler, sodass es schwieriger wird unnötige Verbindungen wieder aufzulösen. Die Neurobiologen vermuten daher, dass der beobachtete Unterschied in der Lernfähigkeit im Abbau ungenutzter Synapsen liegt. Ohne SynCAM1 können sich die Kontakte leichter wieder trennen.

Abbau von Synapsen wichtig für Gedächtnis

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig auch der Abbau von Synapsen für Lernen und Gedächtnis ist“, so Stein. Dies ist an sich schon ein kleiner Durchbruch. SynCAM1 könnte jedoch auch bei Krankheiten mit veränderter Synapsenbildung, wie zum Beispiel Autismus, eine Rolle spielen. Ebenso scheint eine therapeutische Bedeutung von SynCAM1, beispielsweise bei der Alzheimerschen Krankheit, nicht ausgeschlossen. Diese Aspekte werden die Wissenschaftler bei ihrer weiteren Forschung im Auge behalten.

(Max-Planck-Institut für Neurobiologie, 10.12.2010 – DLO)

aus FAZ.NET

Nussknacker vom Dienst

Wie professionelle Gewichtheber: Bei einer Freilandstudie in Brasilien verblüffen Rückenstreifen-Kapuziner mit ihrem Gespür für das richtige Werkzeug auf der Nahrungssuche. Selbst zierliche Weibchen stemmen ansehnliche Gesteinsbrocken.

Von Diemut Klärner

11. Dezember 2010

Rückenstreifen-Kapuziner sind Experten für das Knacken harter Nüsse. Zum täglichen Brot dieser südamerikanischen Affen gehören Palmensamen, die in einer ebenso stabilen Schale stecken wie die härtesten Nüsse, die im afrikanischen Urwald den Speiseplan von Schimpansen bereichern. Allerdings sind die Kapuzineraffen mit dem wissenschaftlichen Namen Cebus libidinosus viel kleiner als diese Menschenaffen. Je nach Geschlecht erreichen erwachsene Tiere nur zwei bis vier Kilogramm. Dennoch stemmen selbst zierliche Weibchen ansehnliche Gesteinsbrocken, wollen sie widerspenstige Nussschalen zertrümmern. Nicht selten mehr als ein Kilogramm schwer, müssen solche Werkzeuge mit beiden Händen ergriffen werden.

Dabei agieren die Affen verblüffend ähnlich wie professionelle Gewichtheber. Zunächst aber wägen sie ganz genau ab, welche Nuss sie in Angriff nehmen und welchen Stein sie als Nussknacker einsetzen. Wie geschickt sie ihren Arbeitsaufwand minimieren, entdeckten unlängst Wissenschaftler um Dorothy M. Fragaszy von der University of Georgia in Athens und Eduardo B. Ottoni von der Universität von São Paulo bei einer Freilandstudie im Nordosten von Brasilien.

Die Affen wiegen kaum doppelt so viel wie das potentielle Werkzeug

Als Forschungsobjekte dienten Rückenstreifen-Kapuziner, die in den Trockenwäldern einer Fazenda frei umherstreifen, sich aber längst an neugierige Beobachter gewöhnt haben. Sie haben auch gelernt, an welcher Stelle immer wieder mal Palmnüsse für sie bereitliegen. Deshalb schauten sie dort häufig vorbei und bearbeiteten die Funde dann ungeniert direkt vor den Augen der Forscher. Wenn sie unter verschiedenartigen Nüsse wählen konnten, bevorzugten sie stets die leichter zu knackenden (“Animal Behaviour“, Bd. 80, S. 205). Dass die Auswahl nicht einfach Geschmacksache war, belegten halbierte Früchte einer besonders hartschaligen Palme: Sie waren weitaus beliebter als die unversehrten.

Als Nussknacker dienten nicht nur unterschiedlich große Steine. Aus Kunstharz und Bleikügelchen wurden außerdem künstliche Steine fabriziert, die bei identischer Form und Größe unterschiedlich schwer gewesen sind. Wenn die Kapuzineraffen vor ihrem traditionell als Amboss benutzten Baumstamm solche Objekte finden, prüfen sie sorgsam deren Eignung als Werkzeug. Um das Angebot abzuwägen, stemmen sie die Kunststeine nicht etwa probeweise in die Höhe. Da die Affen mitunter kaum doppelt so viel wiegen wie das potentielle Werkzeug, wäre diese Methode wohl zu kräftezehrend. Stattdessen werden die Kunststeine mit den Händen betastet, ein wenig zur Seite gerollt und außerdem oft auch regelrecht auf ihre Tauglichkeit abgeklopft. Bei dieser Prüftechnik, mit der die Rückenstreifen-Kapuziner auch gern nach fetten Maden in morschem Holz fahnden, werden nicht nur die Finger genutzt. Bisweilen verwenden die Affen auch eine Nuss als Werkzeug, um die als Nussknacker in Frage kommenden Objekte damit abzuklopfen.

Selbst wenn einer der Kunststeine nur um ein Drittel schwerer war als der andere, gelang es den Affen fast immer, den gewichtigeren zuverlässig herauszufinden – womit sie Menschen deutlich überlegen waren. Wenn die Testpersonen die fraglichen Objekte aufheben und in der Hand wiegen durften, erkannten sie allerdings noch viel geringere Gewichtsunterschiede.

aus New York Times, 10. 12. 2010

Anthropology a Science?

Statement Deepens a Rift

By NICHOLAS WADE

The decision has reopened a long-simmering tension between researchers in science-based anthropological disciplines — including archaeologists, physical anthropologists and some cultural anthropologists — and members of the profession who study race, ethnicity and gender and see themselves as advocates for native peoples or human rights.

During the last 10 years the two factions have been through a phase of bitter tribal warfare after the more politically active group attacked work on the Yanomamo people of Venezuela and Brazil by Napoleon Chagnon, a science-oriented anthropologist, and James Neel, a medical geneticist who died in 2000. With the wounds of this conflict still fresh, many science-based anthropologists were dismayed to learn last month that the long-range plan of the association would no longer be to advance anthropology as a science but rather to focus on “public understanding.”

Until now, the association’s long-range plan was “to advance anthropology as the science that studies humankind in all its aspects.” The executive board revised this last month to say, “The purposes of the association shall be to advance public understanding of humankind in all its aspects.” This is followed by a list of anthropological subdisciplines that includes political research.

The word “science” has been excised from two other places in the revised statement.

The association’s president, Virginia Dominguez of the University of Illinois, said in an e-mail that the word had been dropped because the board sought to include anthropologists who do not locate their work within the sciences, as well as those who do. She said the new statement could be modified if the board received any good suggestions for doing so.

The new long-range plan differs from the association’s “statement of purpose,” which remains unchanged, Dr. Dominguez said. That statement still describes anthropology as a science.

Peter Peregrine, president of the Society for Anthropological Sciences, an affiliate of the American Anthropological Association, wrote in an e-mail to members that the proposed changes would undermine American anthropology, and he urged members to make their views known.

Dr. Peregrine, who is at Lawrence University in Wisconsin, said in an interview that the dropping of the references to science “just blows the top off” the tensions between the two factions. “Even if the board goes back to the old wording, the cat’s out of the bag and is running around clawing up the furniture,” he said.

He attributed what he viewed as an attack on science to two influences within anthropology. One is that of so-called critical anthropologists, who see anthropology as an arm of colonialism and therefore something that should be done away with. The other is the postmodernist critique of the authority of science. “Much of this is like creationism in that it is based on the rejection of rational argument and thought,” he said.

Dr. Dominguez denied that critical anthropologists or postmodernist thinking had influenced the new statement. She said in an e-mail that she was aware that science-oriented anthropologists had from time to time expressed worry about and disapproval of their nonscientific colleagues. “Marginalization is never a welcome experience,” she said.

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Nota.

Anthropology umfasst in Amerika auch das, was in Europa Ethnologie und Vergleichende Kulturwissenschaft heißt. Zugleich gibt es das, was wir Philosophische Anthropologie nennen, in den angelsächsischen Ländern praktisch nicht. Und schließlich bedeutet dort das Wort science, sofern es ohne Beiwort gebraucht wird, soviel wie exakte Naturwissenschaft.

Ernst Tugendhats Programmlosung „Anthropologie statt Metaphysik“ hat es folglich dort doppelt so schwer wie in Old Europe (denn außerdem neigt man dort dazu, unter Metaphysik alles zu verstehen, was sich nicht messen und zählen lässt).

J. E.

aus scinexx

Wie Nervenzellen spontan „chatten“

Spontane und aktivitätsabhängige Ausschüttung von Botenstoffen erfolgt durch die gleichen Membranbläschen

Forscher haben entschlüsselt, wie Nervenzellen spontan miteinander Informationen austauschen und damit die Grundlagen für das Verständnis dieses Übertragungsweges geschaffen. Sie bestätigten in ihrer neuen Studie dabei eine alte Theorie zur Neurotransmitterfreisetzung, die bisher jedoch nie direkt bewiesen konnte.

Die Wissenschaftler der Universitäten Erlangen-Nürnberg (FAU) und Göttingen stellen ihrer Ergebnisse jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Neuroscience“ erstmals vor.

Spontane Botenstoff-Freisetzung wichtig für Erhalt der Synapse

Informationen werden von einer Nervenzelle zur anderen mithilfe von Botenstoffen, den so genannten Neurotransmittern, weitergeleitet. Auf der Senderseite ist der Neurotransmitter in der Kontaktstelle der Zellen, der Synapse, in kleinen Membranbläschen angereichert. Diese können spontan oder auf einen elektrischen Reiz hin mit der Außenmembran der Nervenzelle verschmelzen und den Neurotransmitter in Richtung der Empfängerzelle ausschütten.

Werden die Neurotransmitter durch einen äußeren Reiz freigesetzt, löst die Übertragung auch eine Reizung der Empfängerzelle aus. Gibt eine Zelle die Botenstoffe ohne äußere Einflüsse ab, dann sind nur schwache Effekte bei der benachbarten Nervenzelle zu beobachten. Die spontane Freisetzung scheint jedoch für den Erhalt der Synapse sehr wichtig zu sein – und damit für unser Denken und die Gesundheit der menschlichen Psyche.

Uralte Annahme

In den Pionierzeiten der synaptischen Forschung galt es, obwohl nie direkt bewiesen, als selbstverständlich, dass die spontane Neurotransmitterfreisetzung und die durch Reize ausgelöste von den gleichen Membranbläschen ausgeht.

In den vergangenen Jahren entbrannte unter Wissenschaftlern jedoch eine heftige Kontroverse über diese Annahme. Verschiedene Forscherteams versuchten beispielsweise, eine Unterpopulation der Membranbläschen nachzuweisen, die speziell für spontane Fusionen zuständig sein sollte. In ihrer umfangreichen Studie zeigten die Wissenschaftler um Silvio Rizzoli jetzt jedoch klar, dass die spontane und aktivitätsabhängige Ausschüttung der Botenstoffe durch die gleichen Membranbläschen erfolgt.

Neuer Ansatz zur Therapie von Schizophrenie oder Depression?

Die neuen Ergebnisse erlauben den Wissenschaftlern zufolge eine vorsichtige Hoffnung: „Die gezielte Beeinflussung spontaner Neurotransmitterfreisetzung könnte einen neuen Ansatz zur Therapie von psychischen Erkrankungen wie Schizophrenie oder Depression bieten“, sagt Dr. Teja Grömer von der Psychiatrischen und Psychotherapeutischen Klinik am Erlanger Universitätsklinikum.

(Universität Erlangen-Nürnberg, 08.12.2010 – DLO)

aus Neue Zürcher Zeitung, 8. 12. 2010

Das weite Land

Wie Gene und chemische Botenstoffe unser Verhalten mitbestimmen.

Von Gottfried Schatz

Unser Charakter wird entscheidend durch die chemische Zwiesprache zwischen den Nervenzellen unseres Gehirns geprägt. Dieses Gesprächsnetz ist so komplex, dass es jedem Menschen seine eigene Persönlichkeit schenkt.

«Die Seele ist ein weites Land», befand der Schriftsteller und Arzt Arthur Schnitzler, der in seinen Novellen und Dramen Sigmund Freuds Ideen mit aus der Taufe hob. Dieses weite Land der Seele ist jedoch schwer zu fassen, denn Religion, Dichtung, Psychologie und Medizin ordnen ihm jeweils andere Breitengrade zu. Ist es verwegen, dieses Land auch mit dem Kompass der modernen Naturwissenschaft zu erkunden? Darf ein Molekularbiologe auf Seelensuche gehen? – Dieses Wagnis kann nur gelingen, wenn wir «Seele» enger als «Verhaltensmuster» oder «Charaktereigenschaft» definieren. Erst diese Beschränkung erlaubt die präzisen und überprüfbaren Fragen, an denen Naturwissenschaft ihre Kraft entwickelt. Und in der Tat – diese Kraft gewährt uns bereits atemberaubende Einblicke in die chemischen Vorgänge, die unsere Persönlichkeit prägen.

Eindrückliches Beispiel dafür waren gesunde Versuchspersonen, die nach Einnahme des Parkinson-Medikaments Dopa (ein Kürzel für Dihydroxyphenylalanin) bei Glücksspielen risikofreudiger wurden. Dies betraf jedoch nur diejenigen von ihnen, die eine seltene Variante eines bestimmten Gens ererbt hatten, das die Übertragung von Signalen zwischen Nervenzellen steuert. Dieses Gen tritt in verschiedenen Formen auf, die leicht unterschiedlich wirken und so das Verhalten eines Menschen gezielt beeinflussen können.

Ein vielgestaltiges Netzwerk

Nervenzellen verständigen sich untereinander vorwiegend mit Hilfe chemischer Botenstoffe. Meist sind dies einfache kleine Moleküle, wie das mit Dopa eng verwandte Dopamin, die Aminosäuren Glyzin und Glutamat oder die Aminosäure-Abkömmlinge ?-Aminobuttersäure und Serotonin. Sie werden von einer elektrisch angeregten Senderzelle ausgestossen, wandern zu einer Empfängerzelle, binden sich an spezifische Rezeptoren an deren Oberfläche und lösen so in der Empfängerzelle ein elektrisches Signal aus. All dies spielt sich in nur einem bis zwei Tausendstel einer Sekunde in einem hauchdünnen Spalt zwischen den birnenförmig aufgeblähten Enden der beiden Nervenzellen ab.

Die beiden Nervenenden und der sie trennende Spalt bilden zusammen eine Synapse, die nach Übertragung des Signals wieder schleunigst vom Botenstoff gereinigt werden muss, um einen gefährlichen Dauerreiz der Empfängerzelle zu vermeiden. Wie diese Reinigung erfolgt, hängt vom Botenstoff und von den beteiligten Nervenzellen ab. Manche Nervenzellen warten einfach darauf, dass der Botenstoff durch Diffusion von selbst verschwindet. Für die meisten Zellen ist dieser Vorgang jedoch zu langsam, so dass sie ihn aktiv beschleunigen: Manche Senderzellen saugen den von ihnen ausgesandten Botenstoff wieder auf, während Empfängerzellen ihre Rezeptoren für ihn gleichsam maskieren können. Rezeptoren und Aufsaugmaschinen sind Proteine; ihr Bauplan ist in den entsprechenden Genen niedergelegt.

Die Entschlüsselung der chemischen Struktur unseres gesamten Erbmaterials offenbarte die erstaunliche Vielfalt solcher Gene und damit auch von Synapsen, mit deren Hilfe unser Gehirn seine noch weitgehend rätselhafte Arbeit bewältigt. Wir kennen mehrere Dutzend Botenstoffe, und für fast jeden gibt es eine Vielzahl verschiedener Rezeptor- und Aufsaugproteine, die auf den Botenstoff unterschiedlich ansprechen und eine Synapse unverwechselbar charakterisieren.

Vieles spricht dafür, dass dieses chemische Netzwerk unseren Charakter mitbestimmt. Der Botenstoff Dopamin lindert nicht nur die Leiden von Parkinsonkranken, sondern kann bei ihnen auch intensive Glücksgefühle, Aggression oder zwanghafte Spielsucht auslösen. Und die Genvariante, die mit Dopa behandelten Versuchspersonen erhöhten Wagemut verleiht, enthält den Bauplan für ein spezifisches Rezeptorprotein, über das Dopamin an einen Empfängernerv andockt. Diese Genvariante findet sich auch häufig in impulsiven, rastlosen oder aggressiven Menschen, die Mühe haben, sich über längere Zeit auf ein Thema zu konzentrieren oder sich in eine Gemeinschaft einzufügen. In unserer hoch organisierten Welt ist diese Genvariante meist von Nachteil, doch Nomaden scheint sie Vorteile zu verschaffen; vielleicht schenkt sie ihnen Wagemut und hilft ihnen so, neue Weide- und Jagdgründe zu erobern sowie Angreifer schneller und mutiger abzuwehren.

Dafür spricht, dass diese Genvariante erst vor etwa zwanzigtausend bis vierzigtausend Jahren entstand – also ungefähr zu der Zeit, als «moderne» Menschen Afrika verliessen und nach Nordeuropa vordrangen – und dass sie sich seither in unserer Population behauptet hat. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass ihre Träger ungewöhnlich bereitwillig sind, asoziale oder finanziell riskante Entscheidungen zu treffen. Könnte es sein, dass diese Genvariante die periodischen Finanzkrisen unserer kapitalistischen Gesellschaft mitverschuldet?

Bewusstseinsveränderung

Der Botenstoff Serotonin löst nicht nur, wie das Dopamin, Glücksgefühle aus, sondern beeinflusst auch das Sexualverhalten von Fliegen und Ratten: Verändert man in diesen den Serotonin-Stoffwechsel durch genetische Eingriffe oder Medikamente, so werden die Tiere homo- oder bisexuell. Und eine einzige Mutation in einem Rezeptorprotein für den Botenstoff Vasopressin kann ein monogames Wühlmausmännchen in einen passionierten Don Juan verwandeln.

Synapsen spielen fast überall dort eine Rolle, wo wir mit chemischen Mitteln psychische Krankheiten lindern oder unser Bewusstsein verändern wollen. Antipsychotische Medikamente dämpfen die Signalübertragung durch Dopamin, Serotonin und andere Botenstoffe; LSD löst Halluzinationen aus, weil es sich wie ein «Superserotonin» hartnäckig an einen Serotoninrezeptor klammert und so die entsprechenden Empfängerzellen übermässig stark und lange anregt. Und die Rauschdroge Kokain verhindert, dass Senderzellen das von ihnen ausgeschüttete Dopamin wieder aufsaugen. Als Folge davon häuft sich dieser glücksspendende Botenstoff in der Synapse an, so dass Kokainkonsumenten die euphorische Wirkung der Droge bald nicht mehr missen wollen. Um sich gegen diese Dopamin-Überreizung zu wehren, verringern Empfängernerven die Zahl ihrer Dopaminrezeptoren. Sinkt dann bei Kokainentzug der Dopaminspiegel in der Synapse plötzlich ab, so kann diese nicht mehr normal arbeiten und verursacht die gefürchteten Entzugserscheinungen.

Unreduzierbare Komplexität

Mut, Glücksgefühl, sexuelle Vorliebe und Sozialverhalten sind zwar wichtige Teile dessen, was wir gemeinhin «Charakter» nennen, reichen aber bei weitem nicht aus, um diesen erschöpfend zu beschreiben. Und ihre genetische Prägung ist bei uns Menschen viel subtiler und komplexer als bei einfachen Tieren. Sie unterliegt einem Netzwerk vieler Gene, in dem jedes Gen nur eine bescheidene Rolle spielt. Wir Menschen haben weder ein «Mut-Gen» noch ein «Monogamie-Gen», sondern viele Gene, die diese Verhaltensmuster geringfügig, aber statistisch signifikant beeinflussen. Und selbst diese Behauptung steht auf wackligen Beinen, da sie sich in den meisten Fällen nicht auf eindeutige genetische Beweise, sondern nur auf Korrelationen stützt. Dennoch besteht kein Zweifel daran, dass Synapsen die Fäden sind, aus denen die Natur den wundersamen Gobelin unseres Charakters wirkt. Dieser Gobelin verdankt seinen Farbenreichtum der Wechselwirkung der verschiedenen Rezeptor- und Ansaugproteine in unseren Synapsen, über die ein und derselbe Botenstoff eine breite Palette verschiedener Reaktionen und Empfindungen auslösen kann.

Da unser Gehirn etwa zehntausend Milliarden Nervenzellen besitzt und jede von ihnen durch tausend bis zehntausend Synapsen mit anderen Nervenzellen vernetzt ist, steigt die Zahl der möglichen Wechselwirkungen ins Unendliche. Die Balance zwischen den verschiedenen Fäden dieses unvorstellbar komplexen Netzwerks ist zum Teil erblich, kann aber auch durch Umwelteinflüsse verändert werden; sie ist deshalb für jeden Menschen auf dieser Erde – selbst für einen eineiigen Zwilling – einmalig. Sollte es uns je gelingen, alle Fäden dieses Netzwerks zu entwirren und ihre Verflechtung mit Computern darzustellen, so wird die Komplexität dieses Musters alle unsere Vorstellungskraft übersteigen. Das Land, von dem Schnitzler sprach, wird wohl auch für Biologen seine geheimnisvollen Weiten wahren.

Der Biochemiker Gottfried Schatz ist emeritierter Professor der
Universität Basel. Die erste Staffel seiner in loser Folge erscheinenden Essays zu Lebensfragen, die die Wissenschaftsdisziplinen überschreiten, ist als Buch erhältlich: «Jenseits der Gene», NZZ-Libro, 2008.

Tracing the Spark of Creative Problem-Solving

By BENEDICT CAREY

The puzzles look easy, and mostly they are. Given three words — “trip,” “house” and “goal,” for example — find a fourth that will complete a compound word with each. A minute or so of mental trolling (housekeeper, goalkeeper, trip?) is all it usually takes.

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The payoff of tackling a mental exercise: leaps of understanding that seem to come out of the blue, without the incremental drudgery of analysis.

But who wants to troll?

Let lightning strike. Let the clues suddenly coalesce in the brain — “field!” — as they do so often for young children solving a riddle. As they must have done, for that matter, in the minds of those early humans who outfoxed nature well before the advent of deduction, abstraction or SAT prep courses. Puzzle-solving is such an ancient, universal practice, scholars say, precisely because it depends on creative insight, on the primitive spark that ignited the first campfires.

And now, modern neuroscientists are beginning to tap its source.

In a just completed study, researchers at Northwestern University found that people were more likely to solve word puzzles with sudden insight when they were amused, having just seen a short comedy routine.

“What we think is happening,” said Mark Beeman, a neuroscientist who conducted the study with Karuna Subramaniam, a graduate student, “is that the humor, this positive mood, is lowering the brain’s threshold for detecting weaker or more remote connections” to solve puzzles.

This and other recent research suggest that the appeal of puzzles goes far deeper than the dopamine-reward rush of finding a solution. The very idea of doing a crossword or a Sudoku puzzle typically shifts the brain into an open, playful state that is itself a pleasing escape, captivating to people as different as Bill Clinton, a puzzle addict, and the famous amnesiac Henry Molaison, or H.M., whose damaged brain craved crosswords.

And that escape is all the more tantalizing for being incomplete. Unlike the cryptic social and professional mazes of real life, puzzles are reassuringly soluble; but like any serious problem, they require more than mere intellect to crack.

“It’s imagination, it’s inference, it’s guessing; and much of it is happening subconsciously,” said Marcel Danesi, a professor of anthropology at the University of Toronto and the author of “The Puzzle Instinct: The Meaning of Puzzles in Human Life.”

“It’s all about you, using your own mind, without any method or schema, to restore order from chaos,” Dr. Danesi said. “And once you have, you can sit back and say, ‘Hey, the rest of my life may be a disaster, but at least I have a solution.’ ”

For almost a century scientists have used puzzles to study what they call insight thinking, the leaps of understanding that seem to come out of the blue, without the incremental drudgery of analysis.

In one classic experiment, the German psychologist Karl Duncker presented people with a candle, a box of thumbtacks and the assignment of attaching the candle to a wall. About a quarter of the subjects in some studies thought to tack the box to the wall as a support — some immediately, and others after a few failed efforts to tack wax to drywall.

The creative leap may well be informed by subconscious cues. In another well-known experiment, psychologists challenged people to tie together two cords; the cords hung from the ceiling of a large room, too far apart to be grabbed at the same time.

A small percentage of people solved it without any help, by tying something like a pair of pliers to one cord and swinging it like a pendulum so that it could be caught while they held the other cord. In some experiments researchers gave hints to those who were stumped — for instance, by bumping into one of the strings so that it swung. Many of those who then solved the problem said they had no recollection of the hint, though it very likely registered subconsciously.

All along, researchers debated the definitions of insight and analysis, and some have doubted that the two are any more than sides of the same coin. Yet in an authoritative review of the research, the psychologists Jonathan W. Schooler and Joseph Melcher concluded that the abilities most strongly correlated with insight problem-solving “were not significantly correlated” with solving analytical problems.

Either way, creative problem-solving usually requires both analysis and sudden out-of-the-box insight.

“You really end up toggling between the two, but I think that they are truly different brain states,” said Adam Anderson, a psychologist at the University of Toronto.

At least, that is what brain-imaging studies are beginning to show. At first, such studies did little more than confirm that the process was happening as expected: brain areas that register reward spiked in activity when people came up with a solution, for instance..

Yet the “Aha!” moment of seeing a solution is only one step along a pathway. In a series of recent studies, Dr. Beeman at Northwestern and John Kounios, a psychologist at Drexel University, have imaged people’s brains as they prepare to tackle a puzzle but before they’ve seen it. Those whose brains show a particular signature of preparatory activity, one that is strongly correlated with positive moods, turn out to be more likely to solve the puzzles with sudden insight than with trial and error (the clues can be solved either way).

This signature includes strong activation in a brain area called the anterior cingulate cortex. Previous research has found that cells in this area are active when people widen or narrow their attention — say, when they filter out distractions to concentrate on a difficult task, like listening for a voice in a noisy room. In this case of insight puzzle-solving, the brain seems to widen its attention, in effect making itself more open to distraction, to weaker connections..

“At this point we have strong circumstantial evidence that this resting state predicts how you solve problems later on,” Dr. Kounios said, “and that it may in fact vary by individual.”

The punch line is that a good joke can move the brain toward just this kind of state. In their humor study, Dr. Beeman and Dr. Subramaniam had college students solve word-association puzzles after watching a short video of a stand-up routine by Robin Williams. The students solved more of the puzzles over all, and significantly more by sudden insight, compared with when they’d seen a scary or boring video beforehand.

This diffuse brain state is not only an intellectual one, open to looser connections between words and concepts. In a study published last year, researchers at the University of Toronto found that the visual areas in people in positive moods picked up more background detail, even when they were instructed to block out distracting information during a computer task.

The findings fit with dozens of experiments linking positive moods to better creative problem-solving. “The implication is that positive mood engages this broad, diffuse attentional state that is both perceptual and visual,” said Dr. Anderson. “You’re not only thinking more broadly, you’re literally seeing more. The two systems are working in parallel.”

The idea that a distracted brain can be a more insightful one is still a work in progress. So, for that matter, is the notion that puzzle-solving helps the brain in any way to navigate the labyrinth of soured relationships, uncertain career options or hard choices that so often define the world outside.

But at the very least, acing the Saturday crossword or some mind-bending Sudoku suggests that some of the tools for the job are intact. And as any puzzle-head can attest, that buoyant, open state of mind isn’t a bad one to try on for size once in a while. Whether you’re working a puzzle or not.

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Die Einbildungskraft liefert den Stoff der Vorstellung – und die Urteilskraft sagt Ja oder Nein dazu. Allerdings ‘gibt es’ das Ja nur in Gestalt eines ausgebliebenen Nein. Die Urteilskraft ist als „nichts als“ die Fähigkeit des Neinsagens. Der Mensch ist das Tier, das nein sagen kann, sagt Max Scheler.

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Mein Bild passe nicht zu meinem Text, sagen Sie – das Nein der Waage sei vielmehr ein ausgebliebenes Ja? Das ist eben so ein springender Punkt: Die Verneinung lässt sich nicht anschaulich darstellen, nicht im ‘analogen’ Modus. Anschaulich ist die Einbildung. Sie ist dem Urteil voraus-gesetzt. Das, was in der Einbildung ‘gemeint’ war, müsste durch eine zweiten, nachträglich Akt wieder aufgehoben werden – oder ich ‘lasse es durchgehen’. Aber die Frage, ob ja oder nein, lag in jedem Fall dazwischen. Durch sie ist der Stoff meiner Einbildung aus dem Erlebensstrom heraus gehoben und zu diesem (im Unterschied zu allem andern) bestimmt worden. Ich habe ihn begriffen. Der Modus des Begreifens ist der ‘digitale’- Begreifen ist Symbolisieren.

Die Verneinung lässt sich nur digital darstellen, weil sie erst im Akt des Begreifens möglich wurde.

aus scinexx

„Alien“-Mikrobe: Arsen als

Lebensbaustein

Bisher als unmöglich geltende Lebensform wirft neues Licht auf extraterrestrisches Leben

Forscher haben ein Bakterium entdeckt, dass es eigentlich nicht geben dürfte: Es ernährt sich nicht nur von hochgiftigem Arsen, sondern baut dieses auch in seinen Stoffwechsel ein – sogar in seine DNA. Wie die Wissenschaftler in „Science“ berichten, ist diese im Mono Lake in Kalifornien entdeckte Mikrobe der erste Beleg für ein Lebewesen, das das als essenziell geltende Element Phosphor durch ein anderes Element ersetzt. Dies wirft auch ein völlig neues Licht auf die Suche nach Leben auf anderen Planeten.

Bisher galt es als eindeutig, dass alles bekannte Leben bestimmte chemische Elemente als essenzielle Bausteine benötigt. Neben Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel gehört auch Phosphor dazu. Das Element Phosphor ist unter anderem Bestandteil des Erbmoleküls DNA, aber auch von Energie liefernden Verbindungen wie ATP. Doch jetzt hat ein amerikanisches Forscherteam unter Leitung von Felisa Wolfe-Simon von der Arizona State Universität erstmals einen Beleg dafür gefunden, dass es auch Lebensformen gibt, die ohne Phosphor auskommen.

Sechs Elemente galten als essenziell

„Wir gingen von dem aus, was wir über die ‚Konstanten’ in der Biologie wussten, nämlich, dass Leben sechs Elemente in drei Komponenten benötigt, in der DNA, den Proteinen und den Fetten“, erklärt Wolfe-Simon. „Das nutzten wir um experimentell testbare Alternativen hier auf der Erde zu suchen.“ Bereits seit einiger Zeit spekulieren Forscher darüber, ob im Laufe der Evolution nicht auch Organismen entstanden sein könnten, die eines oder mehrerer der vermeintlich essenziellen Elemente durch andere ersetzt haben.

„Schatten-Biosphäre“ parallel zur unsrigen?

„Das Leben, wie wir es kennen, benötigt bestimmte chemische Elemente und schließt andere aus“, erklärt Ariel Anbar, Leiter des Astrobiologieprogramms an der Arizona State Universität. „Aber sind dies wirklich die einzigen Optionen? Wie anders könnte Leben noch sein?“ Seine Vermutung: Möglicherweise existiert eine Art „Schatten-Biosphäre“ parallel zu der uns bisher bekannten, in der beispielsweise Lebewesen das Phosphor gegen Arsen getauscht haben. Arsen steht im Periodensystem der Elemente direkt unter Phosphor und teilt daher einige seiner Eigenschaften.

„Wir stellten die Hypothese auf, dass biochemische Systeme analog zu den uns heute bekannten Arsenat in der äquivalenten biologischen Rolle des Phosphats eingesetzt haben könnten“, so Wolfe-Simon. „Und auch, dass diese Organismen sich auf der urzeitlichen Erde entwickelt haben und in ungewöhnlichen Umwelten sogar bis heute überdauert haben könnten.“ Als einen Kandidat für diese ungewöhnlichen Umgebungen untersuchten die Forscher das Sediment des Mono Lake in Kalifornien, das extrem salzhaltig ist und hohe Konzentrationen an Arsen enthält.

Arsen sogar in DNA eingebaut

Tatsächlich wurden sie fündig: Sie stießen im Sediment auf das Bakterium GFAJ-1. Um zu testen, ob und wie die Mikrobe Arsen in seinem Stoffwechsel verbaute, führten die Wissenschaftler Laborversuche mit isolierten Kulturen des Organismus durch. Bei diesen ersetzten sie nach und nach das gesamte Phosphor der Nährsubstrate durch radioaktiv markiertes markiertes Arsen. Das Ergebnis: Die Bakterien wuchsen auf dem hochgiftigen Nährmedium nicht nur munter weiter, sie bauten das giftige Element auch tatsächlich in verschiedene Biomoleküle ihres Zellstoffwechsels ein – sogar in ihre DNA.

„Dieser Organismus hat offensichtlich doppelte Fähigkeiten: Er kann entweder mit Phosphor oder mit Arsen wachsen”, erklärt Paul Davies von der Arizona State Universität. „Das macht ihn sehr speziell, auch wenn es damit noch keine völlig fremde Lebensform mit anderem Ursprung und parallelem Stammbaum darstellt. Aber GFAJ-1 könnte ein Hinweis darauf sein, dass solche noch seltsameren Kreaturen existieren. Der heilige Gral wäre eine Mikrobe, die komplett ohne Phosphor auskommt.“

Suche nach extraterrestrischem Leben muss erweitert werden

Bedeutung hat der neue Fund nicht nur für die Vorstellung des Lebens auf der Erde, sondern auch für die Astrobiologie, die Suche nach Leben auf fremden Planeten. „Eines der Leitprinzipien bei der Suche nach Leben auf anderen Planeten und bei unserem Astrobiologieprogramm ist: ‚Folge den Elementen‘“, erklärt Anbar. „Die neue Studie lehrt uns, dass wir mehr darüber nachdenken müssen, welchen Elementen wir folgen.“

„In dieser Geschichte geht es nicht nur um Arsen oder den Mono Lake“, ergänzt Wolfe-Simon. „Wenn ein Organismus hier auf der Erde etwas so Unerwartetes tun kann, was kann das Leben dann noch, was wir bisher nicht gesehen haben? Das gilt es jetzt herauszufinden.“

Ein Video über den Fund gibt es auf Youtube.