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Vor einhundert Jahren wählte Charles Scott Sherrington (1857-1952), Holt-Professor für Physiologie an der Universität Liverpool, als Thema für die Silliman-Vorlesungen des Jahres 1904 an der Universität Yale „The Integrative Action of the Nervous System“; zwei Jahre vergingen, bevor sie veröffentlicht wurden.1 Mit der jährlichen Vorlesungsreihe wurde der Chemiker Benjamin Silliman (1779-1864) geehrt, der als Dozent für Mineralogie und Geologie tätig war und für sein großes Interesse an der Naturgeschichte die Ehrendoktorwürde erhalten hatte. Die Vorlesungen führten den Begriff der Integration in die wissenschaftliche Neurologie ein. Sherrington wies darauf hin, dass Reflexe zielgerichtet sein müssen und dass „der Zweck eines Reflexes ein ebenso legitimer und dringender Gegenstand für die natürliche Untersuchung ist wie der Zweck der Färbung eines Insekts oder einer Blüte“. Er erkannte, dass das Rückenmark den einfachsten Teil des Nervensystems der Säugetiere darstellt und dennoch Beispiele für alle synaptischen Funktionen aufweist.

Informationen, so erkannte er, werden zwischen Nervenzellen durch Kontakt übertragen, wofür er 1897 den Begriff Synapse einführte, als Michael Foster ihn einlud, die Kapitel über das Nervensystem für die siebte Auflage seines Lehrbuchs der Physiologie zu überarbeiten. Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) „löste mit einem Schlag die große Frage nach der Richtung der Nervenströme auf ihrem Weg durch das Gehirn und das Rückenmark“, indem er zeigte, dass sie unidirektional sind. Im Reflexbogen, dem „Schaltplan“ der spinalen Reflexe, waren afferente (sensorische) und efferente (motorische) Elemente in Zentren in der grauen Substanz durch synaptische Kontakte zwischen den Neuronen miteinander verbunden.

Sherrington konzentrierte sich auf die Mechanismen, durch die erregende und hemmende Prozesse, die durch unterschiedliche Eingänge ausgelöst werden, zusammenwirken, um die Leistung eines Pools von Motoneuronen für unterschiedliche Zwecke zu bewerten. Die zentrale Frage in den klassischen Experimenten, die er mit isometrischen Muskelpräparaten in Wirbelsäulentieren durchgeführt hatte, betraf die Interaktion zwischen Erregung und Hemmung. Besonders beeindruckend fand er, dass die reflexartige Kontraktion des Kniestreckers im Dezerebratenpräparat durch sensorische Stimulation sofort und dramatisch unterbrochen werden konnte. Erregung und Hemmung erwiesen sich als abgestufte Zustände entgegengesetzten Charakters, die zu einer Art algebraischer Summierung von Gegensätzen (Plus- und Minuszeichen) fähig waren, wenn sie auf derselben neuronalen Membran aufeinandertrafen, eine Prophezeiung, die sich als wahr erwies, als die von Ling und Gerrard erfundene intrazelluläre Mikroelektrode in Motoneuronen der Wirbelsäule eingeführt wurde. Es zeigte sich, dass synaptische Erregung und Hemmung, wie sie durch entsprechende Reflexe hervorgerufen werden, entgegengesetzte Veränderungen des Membranpotenzials der Zelle hervorrufen, wobei die Erregung die Zelle depolarisiert und die Hemmung sie repolarisiert oder hyperpolarisiert. Heute weiß man, dass Veränderungen der Ionenpermeabilitäten diese durch synaptische Aktionen hervorgerufenen elektrischen Veränderungen erklären, von denen Sherrington überzeugt war, dass sie eher elektrischer als chemischer Natur waren – wie Otto Loewi (1873-1961) und Henry Dale (1875-1968), die sich 1936 den Nobelpreis teilten, bewiesen.

Der Wirbelsäulenreflex ist nach Sherringtons Worten ein sehr elementarer „Gegenstand des Verhaltens“, aber er musste elementar sein, um eine detaillierte Untersuchung zu ermöglichen und die anschließende Analyse zu inspirieren, die zu seinem Verständnis der synaptischen Wirkung führte. Der Dehnungsreflex mag eine „bequeme Fiktion“ sein, aber er und die anderen Reflexe der Wirbelsäule boten die Plattform, von der aus untersucht werden konnte, wie motorische Mechanismen progressiv organisiert sind, wie die verschiedenen kortikalen, subkortikalen, zerebellären und spinalen Zentren bei der Initiierung und Kontrolle von Bewegungen zusammenwirken, wie sensorische Rezeptoren Reflexe steuern und wie neuronale Programme – alte und neue – von höheren Zentren genutzt werden.

Bei der Betrachtung der „physiologischen und psychischen Zeichen der Nerventätigkeit“ vertrat Sherrington die Ansicht, dass „Physiologie und Psychologie, anstatt ihre Studien, wie einige jetzt empfehlen, strenger als bisher voneinander getrennt zu betreiben, es für jeden von ihnen nützlich sein wird, den von dem anderen erzielten Ergebnissen noch mehr Beachtung zu schenken, als es bisher üblich war. Als das Buch 1947 „ohne jede Änderung des Textes“ neu aufgelegt wurde, kehrte der Autor in einem Vorwort zu der Erkenntnis zurück, dass „die biologische Funktion der physisch-psychischen Verbindung die Verfügungsgewalt des Organismus über seine Handlungen erhöht“, und bemerkte, dass „jede der beiden ihr Ziel nur aufgrund einer nützlichen Verbindung zwischen ihnen erreicht. Und diese Verbindung kann als die letzte und höchste Integration gelten, die das Individuum vervollständigt. Aber das Problem, wie diese Verbindung zustande kommt, bleibt ungelöst; es bleibt dort, wo Aristoteles es vor mehr als 2000 Jahren in De Anima hinterlassen hat“. Das Duell geht weiter. In seinem Nachruf im British Medical Journal vom März 1952 bemerkte Sherrington scharfsinnig, dass The Integrative Action of the Nervous System vor allem eine Reihe von Konzepten bereitstellte, mit denen das Nervensystem verstanden werden konnte.2 E. D. Adrian (1889-1977) führte aus:

‚… er ist der Philosoph der Naturwissenschaftler, weil er selbst durch geschickte Beobachtung und Experimente, durch 50 Jahre unermüdlicher Arbeit im Labor die Naturerkenntnis vorangebracht hat, und weil seine eigene Interpretation seiner Entdeckungen die Sichtweise des Biologen neu erweitert hat. Physiologen werden dies zur Genüge kennen. Für diejenigen, die sich mit der Masse an detailliertem Material über das Gehirn und die Nabelschnur herumschlagen mussten, bringt Sherringtons Integrative Action of the Nervous System Ordnung in das Chaos; es ist anfangs schwer zu lesen, weil jeder Satz mit Bedeutung aufgeladen ist, einige davon direkt genug, aber einige reichen bis zu halb geformten Bildern einer größeren Landschaft. Obwohl es 1906 veröffentlicht wurde, ist es immer noch so erfrischend wie damals. Es bedurfte keiner Überarbeitung, aber Sherringtons experimentelle Arbeit ging noch 30 Jahre lang mit Hochdruck weiter, füllte die Lücken und verstärkte das Gerüst….’2

Es ist ermutigend zu entdecken, dass Adrian, ein Professor für Physiologie an der Universität Cambridge, der sich mit Sherrington 1932 den Nobelpreis teilte, das Buch anfangs als schwierig empfand, denn die meisten von uns mussten spätere Lektüren hinzufügen, um sich durch den ausgefeilten Prosastil des Autors mit seinen Anspielungen auf die metaphysischen Dichter zu kämpfen. Sherrington hat diesen ausgefeilten Stil nie verloren, auch wenn er durch die Zusammenarbeit mit R. S. Creed, D. Denny-Brown, J. C. Eccles und E. G. T. Liddell in „the little red book“ im Jahr 1932 (Box 1) etwas verwässert wurde.

Der Neurologe F M R Walshe (1885-1973) vom Queen Square glaubte, den inspirierenden Einfluss der klinischen Neurologie zu erkennen:

‚… Das hat etwas sehr Passendes, denn es war ein klinischer Neurologe, Hughlings Jackson, von dem Sherrington selbst nicht wenig Inspiration erhielt. Die Formulierung „Integration hält mit der Differenzierung Schritt“, die wir mit Sherrington in Verbindung bringen und die wir im Titel seines klassischen Werkes „The Integrative Action of the Nervous System“ finden, hat er von Jackson übernommen, und er hat der neurologischen Medizin das Geschenk, das er von ihrem bedeutendsten Vertreter erhielt, in überreichem Maße zurückgegeben.2

Aber wie Sherrington selbst in seiner Nobelvorlesung3 schreibt, war es das Phänomen der „Hemmung als koordinativer Faktor“, das ihn faszinierte und ihn dazu verleitete, zu versuchen, seine Geheimnisse zu enträtseln:

„Dass ein Muskel bei Reizung seines Nervs kontrahiert, war der Physiologie bereits seit langem bekannt, als das neunzehnte Jahrhundert einen Nerv entdeckte, der, wenn er gereizt wird, verhindert, dass sich sein Muskel zusammenzieht. Diese Beobachtung schien eine Zeit lang zu seltsam, um geglaubt zu werden…

Die Rolle der Hemmung in der Funktionsweise des Zentralnervensystems hat sich als immer umfassender und grundlegender erwiesen, je weiter das Experiment in seiner Untersuchung fortgeschritten ist… Ihre Rolle als koordinierender Faktor umfasst und geht weit darüber hinaus. In der Funktionsweise der zentralnervösen Maschinerie scheint die Hemmung so allgegenwärtig und häufig zu sein wie die Erregung selbst. Die gesamte quantitative Einstufung der Funktionsweise des Rückenmarks und des Gehirns scheint auf gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen den beiden zentralen Prozessen „Erregung“ und „Hemmung“ zu beruhen, wobei der eine nicht weniger wichtig ist als der andere… Erregung und Hemmung sind beide vom Beginn des Reizes an vorhanden und werden gegeneinander ausgespielt. Die zentralen Umstände können das eine zu einem bestimmten Zeitpunkt begünstigen, das andere zu einem anderen.3

Und er schloss seinen Vortrag mit einem Hinweis auf die klinische Bedeutung (als ob er sich in sehr moderner Manier um ein Forschungsstipendium bewerben würde):

‚Die Vermischung von Hemmung und Erregung als Mechanismus für die Koordination liefert somit ein Mittel, um die bemerkenswerten „Kompensationen“ zu verstehen, die im Laufe der Zeit, und sogar schnell, die muskuläre Kompetenz für die Ausübung eines Aktes wiederherstellen, der durch zentralnervöse Läsionen beschädigt worden ist. Die natürliche Konstitution des Nervensystems bietet mehr als einen Weg, um dasselbe zu tun. Dieser Luxus an Mitteln zur Bewältigung einer gegebenen Kombination scheint das Mittel zur Wiederherstellung eines Aktes nach seiner Beeinträchtigung oder seinem Verlust in einer seiner verschiedenen Formen zu sein.’3

Über die Integrative Aktion wurde gesagt, dass sie „zeigte, wie Sherrington durch sorgfältige Analyse seiner Beobachtungen konstruktive Hypothesen aufstellte und sie allmählich in das umwandelte, was heute als physiologische Prinzipien anerkannt ist.4 Einer meiner Lehrer, Donald Henry Barron (1905-1993), wies mich vor vielen Jahren darauf hin, dass in der Integrativen Aktion zwar keine neuen Experimente beschrieben wurden, aber jede Seite zeigte, wie gut der Autor mit der Fülle von Experimenten vertraut war, die in früheren Jahrhunderten von scharfsinnigen Beobachtern durchgeführt worden waren. Als er die Kapitel über das Rückenmark, die Teile des Gehirns unterhalb der Großhirnrinde, die kutane Sensation und den Muskelsinn für E. A. Schäfers Lehrbuch der Physiologie (1900) schrieb, war er sich all dessen bewusst, was zuvor geschehen war. Diese Odyssee verschaffte ihm das sorgfältig referenzierte, enzyklopädische Wissen der experimentellen Neurophysiologie, das den Boden für seine eigene idiosynkratische Integrationskraft bereitete.5 The Integrative Action of the Nervous System lieferte vor allem eine Reihe von Konzepten, mit denen das Nervensystem verstanden werden konnte.2

Sherrington konzentrierte sich auf die „einfache“ Nervenanordnung des Rückenmarks, um die ausgeklügelten Netzwerke in der Großhirnrinde zu veranschaulichen. Wie Homers Geist Patrick Kavanagh zuflüsterte, als er 1949 „Epic“ über die Rivalität der Gemeinden schrieb,

Ich habe die Ilias aus solch

einem lokalen Streit gemacht. Götter machen ihre eigene Bedeutung.