Kann vom Hirnschädel auf die Gehirnstruktur bei fossilen Homininen geschlossen werden?

Der moderne Mensch besitzt im Gegensatz zu den anderen Mitgliedern der Gattung Homo relativ große und kugelig geformte Scheitelbeinknochen. Bisher gingen viele Forscher davon aus, dass Form und Größe der Scheitelbeinknochen mit der Ausdehnung der darunterliegenden kortikalen parietalen Hirnareale korrelieren. Der Zusammenhang zwischen Merkmalen des Gehirnschädels und der Hirnstrukturen ist aber bisher nicht untersucht worden.

Abb. 1: Visualisierung der topografischen Beziehungen von Strukturen des Gehirns (blau), des Innenschädels (hellgrün) und des Außenschädels beim Menschen (dunkelgrün). (Nach Warren 2019, Fig. S5)

Warren et al. (2019) haben mit Magnetresonanz und Computertomografie bei Menschen und Schimpansen Gehirnmerkmale (hauptsächlich Hirnfurchen) sowie innere und äußere Hirnschädelmerkmale (hauptsächlich Nähte und Öffnungen) in allen drei Raumebenen untersucht. Die gewonnenen Daten wurden benutzt, um die Frage zu beantworten, in welchem Ausmaß strukturelle Variationen des Neurocraniums (Hirnschädel) mit strukturellen Variationen des Gehirns innerhalb und zwischen den beiden untersuchten Taxa korrelieren (Abb. 1). Die Ergebnisse lassen dann auch die Beantwortung der Frage zu, ob bei fossilen Homininen von Hirnschädelmerkmalen auf die Merkmale des schon lange verwesten Gehirns geschlossen werden kann.

Warren et al. (2019) kommen zum Ergebnis, dass die räumlichen Beziehungen zwischen den Hirnstrukturen und den Strukturen des Hirnschädels bei Mensch und Schimpanse verschieden sind. Beispielsweise kreuzen beim Schimpansen der Sulcus praecentralis und die Sutura coronalis (Kranz- oder Scheitelnaht) in ihrer mittleren Region, während beim Menschen der Sulcus praecentralis in ganzer Länge vor der Sutura coronalis lokalisiert ist. Das Tentorium cerebelli (Kleinhirnzelt) und die Sutura lambdoidea sind bei Mensch und Schimpanse ähnlich lokalisiert, das Foramen magnum (Großes Hinterhauptsloch) und die Fossa cerebellaris (Kleinhirnschädelgrube) befinden sich beim Menschen aber mehr vorn.

Das bedeutet, dass von Merkmalen des Hirnschädels nicht sicher auf die Hirnstruktur geschlossen werden kann.

Es gibt nicht nur wenig Korrelation zwischen den Hirnschädelstrukturen und den Gehirnstrukturen bei Mensch und Schimpanse, sondern auch innerhalb beider Taxa.

Interessant ist auch das weitere Ergebnis der neuen Studie, dass der Hirnschädel des Menschen zwar mehr kugelig konfiguriert ist als der des Schimpansen, dass aber das Gehirn des Menschen nicht gleichermaßen eine kugelige Form aufweist. Der Unterschied zwischen der Form des Schädels und der des Gehirns ist nach Warren et al. (2019) durch einen größeren Raum zwischen Gehirn und Schädel, wahrscheinlich durch einen voluminöseren Sinus sagittalis (venöse Blutleiter), beim Menschen bedingt.

Spezifische Merkmale des menschlichen Hirnschädels – die relative Vergrößerung des Parietalknochens und die charakteristische kugelige Form beim modernen Menschen sowie die mehr vordere Position des Großen Hinterhauptloches und der hinteren Schädelgrube im Vergleich zum Schimpansen – reflektieren nach Warren et al. (2019) am wahrscheinlichsten das große Hirnvolumen und/oder die Beziehung zwischen Hirnschädel und Gesicht im Zusammenhang mit der Fortbewegung.

Es bleiben noch die manchmal in den inneren Schädelknochen eingedrückten Hirnfurchen, von denen auf die Gehirnstruktur geschlossen wird. Auch hier führen die Ergebnisse von Warren et al. (2019) zu einer Ernüchterung. Falk et al. (2018) haben mit Hilfe der Magnetresonanztomografie beim Schimpansen eine viel größere interindividuelle Variation der Hirnfurchen im Stirnlappen nachgewiesen als bisher bekannt. Dabei stellten sie fest, dass auch bei Schimpansengehirnen ein menschlicher Sulcus frontalis medius zu finden ist. Außerdem können Schimpansengehirne im Bereich der unteren Stirnlappenwindung ein dreieckiges Rindenareal mit einem vorn und hinten begrenzenden kleinen Sulcus am oberen Ende des Sulcus fronto-orbitalis aufweisen und damit die menschentypische Pars triangularis mit Ramus anterior und Ramus ascendens der Fissura lateralis imitieren. Die Pars triangularis ist Teil des Sprachgebietes nach Broca.

Warren et al. (2019) haben nun in diesem Bereich eine weitere Verwechslungsmöglichkeit aufgedeckt. Der Ramus ascendens des Sulcus lateralis, der die Pars triangularis des Menschen von hinten begrenzt, und der inferiore Anteil des Sulcus praecentralis des Schimpansen können eine ähnliche Position und Ausrichtung aufweisen.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass Hirnfurchen des Schimpansen den Hirnfurchen des Menschen im Bereich des Sprachgebietes nach Broca zum Verwechseln ähnlich sein können. Die Ergebnisse von Warren et al. (2019) weisen auf eine weitere Einschränkung der Interpretation von Sulcusimpressionen auf fossilen homininen Endocasts bei der Beurteilung großaffenähnlich versus menschenähnlich hin. Derzeit kann lediglich der Nachweis des Sulcus fronto-orbitalis auf Schädelinnenausgüssen fossiler Homininen als sicheres großaffentypisches Merkmal gewertet werden (siehe Brandt 2019). Wird auch dieses Kriterium noch eine Relativierung erfahren?

M. Brandt

[Brandt M (2019) Australopithecus – Vormensch oder Großaffe?. Alte Hypothesen und neue Befunde zur Hirnstruktur. W+W Special Paper B-19-1, 1-19 • Falk D, Zollifkofer CPE et al. (2018) Identification of in vivo sulci on the external surface of eight adult chimpanzee brains: Implications for Interpreting early hominin endocasts. Brain Behav. Evol. 91, 45–58 • Warren JLA, Ponce de León MS, Hopkins WD & CPE Zollikofer (2019) Evidence for independing brain and neurocranial reorganization during hominin evolution. https://doi.org/10.1073/pnas.1905071116]