Funktionale Organisation des Gehirns: Ist es in der heutigen Neurowissenschaft noch sinnvoll, von „Hirnarealen“ zu sprechen?

Die Doktorandin Marta Arbizu Gómez erklärt, warum die heutige Neurowissenschaft Hirnareale infrage stellt und welches neue Paradigma der funktionalen Organisation des Gehirns sich herausbildet. 

Zusammenfassung mit den wichtigsten Punkten dieses Artikels:

1. Das Ende des klassischen Modells: Ein aktueller Artikel in Nature Neuroscience stellt den traditionellen Ansatz infrage und schlägt vor, dass die funktionale Organisation des Gehirns nicht auf isolierten anatomischen Arealen, sondern auf dynamischen, kontinuierlichen und verteilten Netzwerken beruht.

2. Direkte Auswirkungen auf die Neurorehabilitation: Dieser Paradigmenwechsel verändert die klinische Praxis und zeigt, dass sich kognitive Defizite besser als Störungen der Netzwerkkonnektivität und nicht lediglich als fokale Läsionen verstehen lassen.

3. Klinische Innovation und Konnektivität: Führende Forschungsgruppen in Spanien, etwa das Institut BioBizkaia, und Plattformen zur kognitiven Stimulation wie NeuronUP wenden dieses Modell bereits an, um ganzheitliche Interventionen zu entwickeln, die die Funktionsweise des Gehirns optimieren, anstatt zu versuchen, ein bestimmtes Areal zu „aktivieren“.

Warum gehen wir bei der funktionalen Organisation des Gehirns von Arealen aus?

Seit den Anfängen der modernen Neurowissenschaft prägt eine Vorstellung große Teile der Gehirnforschung: dass die Großhirnrinde in klar abgegrenzte Areale unterteilt ist, von denen jedes eine bestimmte Funktion erfüllt. So sprechen wir vom „Sprachareal“, vom „motorischen Areal“ oder vom „Gedächtnisareal“ und nehmen an, dass das Verständnis des Gehirns zu einem großen Teil darin besteht, zu lokalisieren, wo die einzelnen kognitiven Prozesse stattfinden.

Dieser als Parzellierungsparadigma bekannte Ansatz war äußerst einflussreich und nützlich. Doch was wäre, wenn diese Denkweise die Realität der Funktionsweise des Gehirns zu stark vereinfachen würde?

Dieser als Parzellierungsparadigma bekannte Ansatz war äußerst einflussreich und nützlich. Doch was wäre, wenn diese Denkweise die Realität der Funktionsweise des Gehirns zu stark vereinfachen würde?

Warum stellen wir Hirnareale infrage?: klassisches Modell und heutige Sicht auf das Gehirn

Die Autoren des Artikels —Benjamin Y. Hayden, Sarah R. Heilbronner und Seng Bum Michael Yoo— bestreiten nicht, dass es anatomische Unterschiede in der Großhirnrinde gibt. Sie stellen jedoch etwas Subtileres, aber Grundlegendes infrage: dass Hirnareale das zentrale Organisationsprinzip der kognitiven Funktion darstellen.

Den Autoren zufolge beruht das Gewicht, das Arealen historisch beigemessen wurde, weniger auf einer soliden empirischen Evidenz als auf ihrer konzeptuellen Zweckmäßigkeit: Areale bieten eine einfache Möglichkeit, komplexe Fragen zur Funktionsweise des Gehirns zu beantworten.

Tatsächlich geht es in der Debatte nicht darum, ob anatomische Areale existieren, sondern darum, ob sie im Zentrum unserer Erklärung der Gehirnfunktion stehen sollten. Der Unterschied zwischen beiden Ansätzen lässt sich folgendermaßen zusammenfassen:

Klassisches Gehirnmodell, ein arealbasierter Ansatz	Heutige Sicht auf das Gehirn, ein verteilter und dynamischer Ansatz
Jedes Areal hat eine bestimmte Funktion	Funktionen entstehen aus Netzwerken und Gradienten
Klare anatomische Grenzen	Kontinuierliche und überlappende Übergänge
„Wo findet etwas statt?“	„Wie wird es umgesetzt?“
Lokalisierte Funktionen	Verteilte Kodierung

Aus dieser neuen Perspektive wird die Organisation des Gehirns nicht mehr als Mosaik isolierter Kompartimente verstanden, sondern als dynamisches, vernetztes und multidimensionales System konzipiert.

Anatomie und neuronale Aktivität: von anatomischen Grenzen zu dynamischen Netzwerken

Was sagt uns die Anatomie des Gehirns?

Ein zentrales Argument des Artikels lautet, dass die Anatomie die Existenz klar definierter funktionaler Areale nicht eindeutig stützt:

• Die verschiedenen Methoden zur Unterteilung des Gehirns (Zytoarchitektur, Konnektivität, Rezeptoren, Transkriptomik) stimmen nicht miteinander überein.
• Selbst als „klassisch“ geltende Grenzen verändern sich je nach verwendetem Kriterium.
• Anstelle scharfer Grenzen zeigen sich kontinuierliche Gradienten und fließende Übergänge, die mehrere Areale durchziehen.

Aktuelle molekulare und genetische Atlanten untermauern diese Vorstellung und zeigen Neuronengruppen, die traditionelle Grenzen nicht berücksichtigen. Mit anderen Worten: Das Gehirn scheint mehreren überlappenden Organisationsprinzipien zu folgen, nicht einem einzigen.

Was sagt uns die neuronale Aktivität des Gehirns?

Fortschritte bei Techniken zur umfangreichen neuronalen Aufzeichnung (wie Neuropixels oder die Zwei-Photonen-Bildgebung) ermöglichen es, die Aktivität von Hunderttausenden Neuronen gleichzeitig zu beobachten. Die Ergebnisse sind überraschend:

• Funktionen wie Entscheidungsfindung, Gedächtnis, Bewegung oder Wert erscheinen im gesamten Gehirn verteilt.
• Große Studien zeigen, dass dieselben kognitiven Variablen in sehr unterschiedlichen Regionen kodiert werden, ohne die klassischen anatomischen Grenzen zu berücksichtigen.
• Viele Unterschiede, die „Arealen“ zugeschrieben werden, lassen sich ebenso gut durch Gradienten, Konnektivität oder Stichprobenverzerrungen erklären.

Das bedeutet nicht, dass „alles überall“ stattfindet, sondern dass die funktionale Organisation nicht zwangsläufig mit den anatomischen Arealen übereinstimmt.

Wie ist die Gehirnfunktion tatsächlich organisiert?

Der Artikel schlägt einen flexibleren und pluralistischen Ansatz vor. Statt Funktionen in bestimmten Arealen zu suchen, empfiehlt er, auf andere Organisationsprinzipien zu achten, etwa:

• Verteilte Netzwerke (zum Beispiel für Sprache oder Gesichtserkennung).
• Funktionale Gradienten auf großflächiger Ebene.
• Konnektivitätsmuster.
• Populationsdynamiken, bei denen Informationen in hochdimensionalen Teilräumen repräsentiert werden.

Aus dieser Perspektive lautet die entscheidende Frage nicht mehr „Wo findet eine Funktion statt?“, sondern „Wie wird sie umgesetzt?“.

Die Falle der Einzelfunktion und ihre klinischen Auswirkungen

Die Autoren warnen vor einer häufigen konzeptuellen Falle: dem Trugschluss der Einzelfunktion. Die Annahme, dass ein Areal, wenn es existiert, eine einzige und besonders relevante Funktion haben müsse, kann dazu führen:

• Nach funktionalen Unterschieden zu suchen, die möglicherweise nicht existieren.
• Gemeinsame und verteilte Funktionen zu übersehen, die möglicherweise am wichtigsten sind.
• Die Entwicklung neuer Erklärungsmodelle einzuschränken, die besser zu den aktuellen Daten passen.

Eine weniger auf Areale zentrierte Sichtweise ermöglicht umfassendere Theorien darüber, wie das Gehirn Informationen integriert, trennt und umwandelt.

Implikationen dieses konzeptuellen Wandels für die angewandte und klinische Neurowissenschaft

Dieser konzeptuelle Wandel ist nicht nur theoretischer Natur. Er hat direkte Auswirkungen auf:

• Die Interpretation von Studien zur Neurobildgebung und Neurophysiologie.
• Die Gestaltung kognitiver Aufgaben und experimenteller Paradigmen.
• Das Verständnis neurologischer und neurodegenerativer Erkrankungen, bei denen die Veränderungen meist verteilt und nicht fokal sind.

Das Verständnis des Gehirns als dynamisches und verteiltes System hilft zu erklären, warum viele kognitive Defizite nicht gut zu „lokalisierten“ Läsionen oder Veränderungen passen.

Welche anderen Gruppen arbeiten mit einem Ansatz der Gehirnkonnektivität?

Die Vorstellung, dass das Gehirn als Netzwerk arbeitet, ist nicht neu, hat jedoch in den vergangenen fünfzehn Jahren zunehmend solide empirische Unterstützung erhalten. Verschiedene internationale Forschungsgruppen haben diesen Paradigmenwechsel vorangetrieben und sich dabei auf große Datenbanken sowie die Entwicklung fortgeschrittener Analysemethoden gestützt.

Das Human Connectome Project war einer der wichtigsten Impulsgeber für die systematische Untersuchung der strukturellen und funktionalen Konnektivität im großen Maßstab. Mithilfe hochauflösender Magnetresonanztomografie (Diffusion und fMRI) ermöglichte dieses Projekt, das Gehirn als komplexen Graphen zu charakterisieren, in dem Regionen als Knoten verstanden werden, die durch dynamische Netzwerke miteinander verbunden sind. Seine Wirkung war entscheidend dafür, den Fokus von „isolierten Arealen“ auf Konnektivitätsmuster und verteilte Architekturen zu verlagern.

Forschungen am Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences waren maßgeblich an der Untersuchung großflächiger funktionaler Gradienten beteiligt. Sie zeigen, dass die Organisation des Gehirns nicht immer auf diskreten Grenzen beruht, sondern auf kontinuierlichen Übergängen, die mehrere Regionen durchziehen. Diese Arbeiten haben die Vorstellung gestärkt, dass Funktionen eher aus verteilten Organisationsachsen als aus abgeschlossenen Kompartimenten hervorgehen.

Aus molekularer Perspektive hat das Allen Institute gezeigt, dass auch transkriptomische und zelluläre Muster die klassischen Grenzen kortikaler Areale nicht strikt einhalten. Die genetische und zelluläre Organisation erscheint als komplexes Mosaik mit Überlappungen und Gradienten, die die Vorstellung starrer funktionaler Kompartimente infrage stellen.

Der Ansatz des Instituts BioBizkaia zur funktionalen Organisation des Gehirns

In diese Richtung arbeitet die von Jesús M. Cortés geleitete Gruppe. Er ist Forschungsdirektor bei NeuronUP und Ikerbasque-Professor im Labor für computergestützte Neurobildgebung des Instituts BioBizkaia und entwickelt seit Jahren Modelle, die auf struktureller und funktionaler Konnektivität beruhen. Ihr zentrales Paradigma ist eindeutig:

• Kognitive Funktionen sind in verteilten Netzwerken und nicht in isolierten Arealen repräsentiert.
• Neurologische Veränderungen betreffen nicht einfach „eine Region“, sondern spezifische Muster der Entkopplung innerhalb bestimmter Hirnnetzwerke.

Aus dieser Perspektive werden verschiedene Erkrankungen wie Schlaganfall, Epilepsie oder neurodegenerative Erkrankungen nicht als fokale Läsionen mit lokalen Auswirkungen verstanden, sondern als Störungen von Netzwerkarchitekturen, jeweils mit einer spezifischen konnektomischen Signatur.

Dieser Ansatz ermöglicht:

• Individuelle Profile der Entkopplung zu charakterisieren.
• Strukturelle Veränderungen mit dynamischen funktionalen Veränderungen in Beziehung zu setzen.
• Rehabilitationsinterventionen zu entwickeln, die besser auf das betroffene Netzwerkmuster abgestimmt sind.

Damit bestätigt die Forschung zur Gehirnkonnektivität nicht nur die Kritik am strikt arealbezogenen Paradigma, sondern bietet auch einen anwendbaren Rahmen zum Verständnis des gesunden und des erkrankten Gehirns.

Wie passt diese Sichtweise auf das Gehirn zu NeuronUP?

Bei NeuronUP arbeiten wir mit einem funktionalen Verständnis des Gehirns, das auf Plastizität, Vernetzung und der Verteilung von Funktionen beruht. Dieser Artikel bestätigt diese Sichtweise und zeigt, dass:

• Kognitive Funktionen nicht zu einem einzigen „Ort“ gehören, sondern zu gemeinsamen Netzwerken und Dynamiken.
• Die kognitive Rehabilitation von ganzheitlichen Ansätzen profitieren kann, die Funktionen übergreifend trainieren.
• Digitale Werkzeuge die Arbeit an diesen verteilten Systemen ermöglichen und Anpassung sowie funktionelle Reorganisation fördern.

Aus dieser Perspektive zielt Rehabilitation nicht darauf ab, „ein Areal zu aktivieren“, sondern auf die Optimierung von Mustern der Gehirnfunktion.

Fazit

Der Artikel in Nature Neuroscience lädt dazu ein, eine der tief verwurzelten Annahmen der Neurowissenschaft neu zu überdenken: dass das Verständnis des Gehirns darin besteht, Funktionen in bestimmten Arealen zu lokalisieren. Die aktuelle Evidenz weist auf eine weitaus komplexere, flexiblere und stärker verteilte Organisation hin. Diese Komplexität anzuerkennen schwächt die Neurowissenschaft nicht; im Gegenteil, sie öffnet den Weg zu realistischeren Modellen und wirksameren Interventionen. 

Auf diesem Weg ist die Verbindung von Grundlagenforschung, groß angelegter Datenanalyse und Interventionstools wie NeuronUP entscheidend, um zu einem umfassenderen Verständnis des menschlichen Gehirns zu gelangen.

Literaturverzeichnis

• Hayden BY, Heilbronner SR, Yoo SBM. Rethinking the centrality of brain areas in understanding functional organization. Nature Neuroscience. 2026;29:267–278. doi:10.1038/s41593-025-02166-z.

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