Hirnforschung auf Erfolgskurs

Gehirnforscher verstehen das Gehirn als ein komplexes Organ, dessen neuronale Netze (also die unzähligen Verbindungen zwischen den 100 Milliarden Nervenzellen, aus denen es besteht) entstehen, sich verändern und weiterentwickeln durch die Auseinandersetzung mit bestimmten Umweltbedingungen. Von der Geburt an (im Mutterleib ist das Gehirn noch inaktiv) entwickelt sich das Gehirn, indem es sich an die Umwelt anpasst. Es versteht sich von selbst, dass dabei das Zusammenspiel des Gehirns mit den Sinnesorganen eine entscheidende Rolle spielt. Sehen, hören, riechen, tasten und schmecken sind Sinneserfahrungen, die es ermöglichen, uns in unserer Umwelt zu orientieren und zurechtzufinden. Die Interaktion zwischen Sinnesorganen und Gehirn ist auch die Ursache dafür, dass das Gehirn an erster Stelle ein Überlebensorgan ist und nicht prioritär von der Evolution dazu entwickelt wurde, die Welt zu verstehen.
Eines der faszinierendsten Aspekte des Gehirns ist seine Plastizität, also die Fähigkeit, sich während einem Menschenleben zu verändern, indem immer wieder neue Verbindungen zwischen den Nervenzellen, also neue Schaltkreise, entstehen. Heute weiß man, dass sich das Gehirn selbst bis in ein hohes Alter verändern kann, insofern sein Besitzer sich immer wieder auf neue Erfahrungen einlässt und seine Bereitschaft, dazu zu lernen, bestehen bleibt.

Unter der Vielzahl von Umwelteindrücken, die auf das Gehirn einströmen, ist dieses gezwungen, eine Auswahl zu treffen. Dieses Prinzip bezeichnen die Wissenschaftler als Aufmerksamkeit. Wir sind nicht in der Lage, unsere Aufmerksamkeit auf mehrere Dinge oder Situationen gleichzeitig zu richten.

In unserem Alltag ereignen sich dauernd solche Aufmerksamkeitswechsel. Für viele Wissenschaftler gibt es auch keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen dem Funktionieren eines Fliegengehirns und dem Gehirn des Menschen. Der Unterschied besteht im Komplexitätsgrad, der seinerseits durch die Zahl und die Art der Verbindungen zwischen den Nervenzellen bestimmt wird. Das Gehirn einer Fliege besteht aus nur rund 100 000 Nervenzellen, das des Menschen aus 100 Milliarden, dennoch ist auch die Fliege in der Lage, ihre Aufmerksamkeit auf etwas ganz Bestimmtes zu richten und danach zu «handeln», zum Beispiel, wenn sie ein bestimmtes Objekt anfliegt.

Schließlich gelangt unter der Vielzahl von Eindrücken, die auf die Sinnesorgane und das mit ihnen verbundene Gehirn einströmen, nur ein begrenzter Teil in unser «Bewusstsein», wohingegen die meisten unbewusst verarbeitet werden.

Wissenschaftler haben es sich nun zur Aufgabe gemacht, mithilfe moderner Messmethoden das Bewusste und das Unbewusste sichtbar zu machen. Die wichtigsten dieser Methoden sind die Elektroenzephalographie (EEG), bei der mithilfe von Elektroden auf der Kopfhaut die elektrischen Ströme im Gehirn aufgezeichnet werden; die Fixierung von Mikroelektroden bei offenem Schädel direkt auf die Hirnrinde, die das Aktionspotential einzelner Nervenzellen messen können; die Magnetoenzephalographie (MEG), bei der mithilfe von äußeren Sensoren die Magnetfelder der Hirnströme an der Großhirnrinde gemessen werden; die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), bei der eine radioaktive Substanz (ein Radionuklid) intravenös verabreicht wird und durch das Blut in das Gehirn gelangt, um die Blutversorgung der Nervenzellen sichtbar zu machen (aktive Nervenzellen verbrauchen besonders viel Sauerstoff) und die funktionelle Magnetresonanztomographie (MRT), auch noch Kernspintomographie genannt, ein weiteres sogenanntes bildgebendes Verfahren, bei der unter Anwendung eines starken Magnetfeldes ebenfalls sichtbar gemacht wird, wie stark das Gehirn lokal mit Sauerstoff versorgt wird. Um die Aktivität der Nervenzellen im Gehirn so präzise wie möglich sichtbar zu machen, werden diese unterschiedlichen Methoden kombiniert und weiterentwickelt. Ziel ist es, die Zusammenhänge zu erforschen zwischen den physischen Prozessen im Gehirn und bestimmten mentalen Phänomenen, indem man dem Gehirn bei seiner Arbeit «zusieht», während eine Versuchsperson etwas Bestimmtes tut, empfindet oder denkt.

Zahlreiche Befunde von hirngeschädigten Pazienten bestätigen die Zusammenhänge zwischen dem neuronalen Geschehen im Gehirn und «mentalen» Eigenschaften. Dazu einige Beispiele.

Ein besonders beeindruckender Fall ereignete sich im 19. Jahrhundert beim Eisenbahnbau im US-Bundessaat Vermont. Durch eine Explosion schoss dem Minenarbeiter Phineas Gage eine 109 Zentimeter lange Eisenstange durch die linke Wange ins Gehirn, durchbohrte den Kopf und flog durch das Schädeldach wieder heraus. Doch der 25-jährige Mann lebt, ist bei «Bewusstsein» und kann weiterhin sprechen. Nach entsprechender ärztlicher Behandlung hatte er sich nach ein paar Wochen sogar von dem Unfall erholt, lediglich sein linkes Auge wurde durch das Unglück zerstört. Gage konnte fühlen, hören, sehen, sprach wie zuvor und auch seine motorischen Fähigkeiten schienen kaum beeinträchtigt. Aber trotzdem war Gage nicht mehr derselbe Mensch wie vor dem Unfall, denn seine Persönlichkeit hatte sich tief greifend verändert. Hatte er vor dem Unfall ein eher freundlicher und ausgeglichener Charakter, so war er jetzt auf einmal impulsiv, aggressiv, kindisch und unzuverlässig. Er neigte zu Wutausbrüchen, log und betrog hemmungslos und verlor jedes Verantwortungsgefühl. Beruflich und sozial erleidete er einen Abstieg. Außerdem litt er immer wieder an epileptischen Anfällen, was dann auch 13 Jahre nach dem Unfall zu seinem Tod führte. Spätere Untersuchungen an seinem Gehirn lassen vermuten, dass ein bestimmtes Hirnareal, das zum Stirnlappen der Großhirnrinde gehört, verletzt war.

Eine Aphasie ist eine besondere Form der Sprachstörung, die durch eine Störung oder Verletzung der Sprachzentren im Gehirn ausgelöst wird. Sie kann auftreten durch verschiedene Erkrankungen, wie Schlaganfall, Hirntumor oder Vergiftung zum Beispiel. Sprechen und Verstehen, aber auch Lesen und Schreiben sind stark beeinträchtigt. Man unterscheidet unterschiedliche Formen von Aphasie: die Wernicke-Aphasie (auch noch als sensorische Aphasie bezeichnet) bei der der Erkrankte nur noch ein verwirrendes Kauderwelsch von sich gibt; die Broca-Aphasie (motorische Aphasie) bei der ein Befallener sich nur noch mühsam und stockend im Telegrammstil sprachlich äußern kann; die Amnestische Aphasie, bei der man vor allem unter Wortfindungsstörungen leidet und schließlich die schwerste Form, die Globale Aphasie, bei der sowohl das Sprechen als auch das Sprachverständnis schwer eingeschränkt sind. Teile des Stirn-, Schläfen- und Scheitellappens sind betroffen. Eine sprachliche Kommunikation ist nahezu unmöglich.

Eine Durchblutungsstörung oder Blutung im Kleinhirn (bei einem Schlaganfall z. Bsp.) kann zu erheblichen Bewegungsstörungen führen (Ataxie).

Es ließen sich noch viele weitere Beispiele anführen, denn es gibt unzählige Hirnerkrankungen mit den verschiedensten Symptombildern. Das Gehirn bildet (neben dem Rückenmark) das zentrale Nervensystem des Körpers und eine Beeinträchtigung dieses Systems wirkt sich demzufolge sowohl auf den Körper wie auch auf die Psyche aus. Die geschätzten 100 Milliarden Nervenzellen unseres Gehirns sind mit jedem Körperbereich verbunden. Sie steuern vegetative Abläufe, wie Atmung, Blutdruck, Verdauung, Herzfrequenz, Schweißproduktion und Stoffwechsel, sind aber auch verantwortlich für kognitive Leistungen (also Funktionen, die mit Wahrnehmung, Lernen, Erinnern und Denken, also der menschlichen Erkenntnis- und Informationsverarbeitung, in Zusammenhang stehen), Sinneswahrnehmung und Emotionen. Zahlreiche und enge Verbindungen zwischen den entwicklungsgeschichtlich älteren Gehirnteilen (auch die Entstehung und Entwicklung des Gehirns war und ist ein historischer Prozess, der durch die Evolutionsgesetzte gesteuert wurde und wird), wie der Hirnstamm und das Zwischenhirn, und den jüngeren Teilen, wie Klein- und Großhirn, sorgen für ein optimales Funktionieren und ein perfektes Zusammenspiel all unserer Körperteile und sind überdies verantwortlich für Fühlen und Denken, also vieles, was unsere Persönlichkeit ausmacht.

Hier noch ein weiteres, besonders eindrucksvolles Beipiel, das zeigt, wie maßgebend das Gehirn das Verhalten und die erlebte (also subjektive) Wirklichkeit eines Lebewesens bestimmt. Ich entnehme es dem Buch «Wir sind nicht nur von dieser Welt» von Hoimar v. Ditfurth (Hoffmann und Kampe, Hamburg 1981, S.172) und gebe es hier, seiner Aussagekraft wegen, in unveränderter Form wieder: «Vor etwa 30 Jahren entdeckte der deutsche Verhaltensphysiologe Erich v. Holst, dass ein Hahn in seinem Kopf das Bild des Todfeindes seiner Art angeborenermaßen mit sich herumträgt. Den Beweis lieferte ein Experiment, dessen Ablauf sehr nachdenklich machen muss. Nicht etwa deshalb, weil es grausam gewesen wäre. In gewissem Sinne sogar, weil das Gegenteil der Fall war: Der Hahn merkte bei dem Versuch überhaupt nicht, wie sehr er an der Nase herumgeführt wurde, offensichtlich nicht einmal, dass er überhaupt manipuliert wurde. Gerade dieser Umstand ist es, der einen menschlichen Betrachter betroffen machen kann. Dann nämlich, wenn er auf den Gedanken kommt, sich die Frage vorzulegen, ob das, was da für den Hahn gilt, womöglich in vergleichbarer Weise auch auf ihn selbst zutreffen könnte.

Erich v. Holst pflanzte seinen Hähnen damals, in Narkose selbstverständlich, haarfeine Drähte ins Gehirn. Diese waren mit einem hauchdünnen Lack isoliert, bis auf das äußerste Ende, das blank blieb. Die Drähte heilten komplikationslos ein. Die Tiere merkten nichts davon. (das Gehirn ist ein schmerzunempfindliches Organ). Sinn der Prozedur war die Möglichkeit, die Gehirne der Tiere an den Stellen elektrisch reizen zu können, an den die blanken Drahtenden jeweils eingeheilt waren. Benutzt wurden dazu elektrische Impulse, deren Intensität und Verlaufskurven denen natürlicher Nervenimpulse in allen Einzelheiten entsprachen. Die Tiere merkten unter diesen Umständen überhaupt nicht, dass man mit ihnen etwas anstellte, dass sie «von außen», künstlich, beeinflusst wurden. Sie waren handzahm aufgezogen und darauf dressiert, sich während des Versuchs auf einem kleinen Tisch frei zu bewegen. Das taten sie denn auch, völlig entspannt, leise gackernd, ab und an nach kleinen Flecken auf der Tischplatte pickend, wie es so die Art von Hühnern ist.

Bis zu dem Augenblick, in dem Holst oder einer seiner Mitarbeiter den Knopf berührten, der den von einem natürlichen Nervenimpuls nicht zu unterscheidenden Strom durch den Draht schickte, dessen blanke Spitze in der Tiefe des Hühnerhirns endete. Dann änderte sich die Szene auf dem Versuchstisch augenblicklich. Die Tiere verhielten sich – und gerade das ist das eigentlich Aufsehenerregende an diesen Experimenten – auch dann noch ganz so, wie es der Art von Hühnern entspricht. Sie schienen sich aber unversehens in Situationen versetzt zu fühlen, die mit ihrer objektiven Umgebung auf der leeren Tischplatte nichts mehr zu tun hatten.

Von den zahlreichen Resultaten soll hier als Beispiel ein einziges, sehr typisches, beschrieben werden. Erich v. Holst hat es als «Verhaltensprogramm zur Abwehr eines sich nähernden Bodenfeindes» bezeichnet und in einem heute noch existierenden Filmdokument festgehalten. Die Reaktion beginnt jeweils einige Sekunden nach dem Einsetzen des elektrischen Reizes mit einem typischen «sichern» des Versuchstiers. Der Hahn erstarrt plötzlich mitten in der Bewegung, richtet sich auf und mustert mit den für seine Art typischen pendelnden Kopfbewegungen die Umwelt in sichtlicher Spannung.  Wenige Augenblicke später scheint er etwas entdeckt zu haben. Er fixiert einen bestimmten Punkt der (nach wie vor leeren) Tischplatte. Das unsichtbare «Etwas» scheint sich ihm zu nähern. Der Hahn beginnt in zunehmender Aufregung auf dem Tisch hin und her zu marschieren. Er macht flatternde Ausweichbewegungen vor «etwas», das ihm immer näher zu kommen scheint, und hackt in die von ihm wie gebannt fixierte Richtung kräftig mit dem Schnabel zu. Kein Zweifel, das Tier fühlt sich bedroht. Es verhält sich so, als nähere sich ihm auf der Tischplatte eine Gefahr, gegen die es sich zur Wehr zu setzen habe.

Wie die Szene endet, hängt von den Umständen ab. Der Versuchsleiter kann den reizauslösenden Knopf jederzeit loslassen. Geschieht das, richtet sich der Hanh sofort auf und blickt suchend um sich. Man kann sich bei der Betrachtung des Films des Eindrucks nicht erwehren, dass er verblüfft darüber ist, dass die Gefahr so plötzlich verschwand. Wenn der Hahn sich davon endgültig überzeugt hat, plustert er sich erleichtert auf und stößt ein triumphierendes «Kikeriki» aus – daran zu zweifeln, dass zwischen seiner kämpferischen Reaktion und dem Verschwinden der Bedrohung ein ursächlicher Zusammenhang besteht, kommt ihm nicht in den Sinn».

Zwei Abschnitte weiter schreibt Ditfurth: « Man kann den Versuch so oft wiederholen, wie man will. Der Hahn läßt – vorausgesetzt, die Reizung erfolgt an der dafür «zuständigen» Stelle seines Gehirns – stereotyp immer wieder das gleiche Programm ablaufen. Man muss sich ganz darüber klar sein: Das einzige, was dabei künstlich ist und von außen kommt, ist der einem natürlichen Nervenimpuls gleichende elektrische Reiz. Er ist lediglich der Auslöser. Alles, was dann geschieht, produziert das Tier selbst, die ganze aus einer Vielzahl verschiedendster Verhaltenselemente zusammengesetzte Szene, die sich auf dem leeren Tisch wiederholt, sobald der bewusste Knopf gedrückt wird: der Kampf gegen das näherkommende Phantom eines «Bodenfeindes».

Wir wissen, dass die Ursache für das eigenartige Verhalten des Hahns (eigenartig allerdings nur für Denjenigen, der das Geschehen von außen beobachtet), ein angeborenes Programm ist. Was der Hahn nun wirklich sieht, und ob er überhaupt etwas sieht, wenn der Reiz in seinem Gehirn ausgelöst wird, das bleibt unbeantwortet.

Und hier noch ein letztes Beispiel dafür, wie das Gehirn uns unter bestimmten Bedingungen einen Streich spielt. Die Versuchsperson legt den rechten Arm und einen Gummi-Arm vor sich ausgestreckt auf einen Tisch. Beide Arme werden mit einem Tuch abgedeckt; die beiden Hände bleiben frei. Nun streicht der Versuchsleiter mit zwei Pinseln (ein Pinsel für jede Hand) gleichzeitig über jede Hand (ein Pinsel streicht über die echte Hand und der andere Pinsel gleichzeitig über die Gummi-Hand) und möglichst an der gleichen Stelle. Nach relativ kurzer Zeit hat die Versuchsperson das Gefühl, dass die Gummi-Hand zum eigenen Körper gehört. Der Hirnforscher Arvid Guterstam, der dieses Experiment in einem Labor im Stockholmer Karolinska Institut durchführte, meint, dass das Experiment zu einem Konflikt im Gehirn führt, welche der beiden Hände denn nun zum eigenen Körper gehöre. «Es hat sich zu unserer Überraschung herausgestellt, dass das Gehirn diesen Konflikt löst, indem es beide «rechten Hände» als Teil des eigenen Bildes vom Körper akzeptiert».
Anhand von MRT-Aufnahmen konnte festgestellt werden, dass die Aktivität der Gehirnzellen im prämotorischen Cortex (das Areal, das verantwortlich ist für die Verarbeitung von visuellen und Berührungsreizen) während dem Versuch anstiegen.

Bis zu einem gewissen Grad ist die moderne Gehirnforschung also tatsächlich in der Lage, immer mehr harte Fakten an den Tag zu fördern, die es (scheinbar) erlauben den (ganzen) Menschen naturwissenschaftlich zu erklären. Die Erkenntnisse über den Aufbau des Gehirns, seiner Neuronenverbände und die Verbindungen zwischen den Neuronen (die Synapsen); die Art und Weise, wie die elektrischen Signale und chemischen Reaktionen zwischen den Neuronen funktionieren und schließlich die zahlreichen Erkenntnisse durch die weiter oben geschilderten Fälle von Hirnverletzungen und deren Folgen scheinen diese Sicht der Dinge zu bestätigen.

Hinzu kommt, dass die Forschungsergebnisse der Hirnforscher immer neue Möglichkeiten eröffnen zur Heilung von Krankheiten. Motorische Neuroprothesen beispielsweise, bei denen mithilfe eines Hirnschrittmachers psychomotorische Krankheiten (wie die Parkinson-Krankheit) therapiert werden oder sensorische Neuroprothesen, deren Aufgabe es ist, physikalische Reize in neuronal verwertbare Signale zu übersetzen, um verlorengegangene Sinnesfunktionen (wie Hören oder Sehen) wiederherzustellen oder zu ersetzen, sind nur zwei Beispiele unter vielen.

So sind die Erfolge der Neurobiologie ohne Zweifel ein Segen für die Menschheit; sie tragen aber auch dazu bei, das materialistische Welt- und Menschenbild, von dem im allerersten Kapitel die Rede war, zu untermauern. So schreibt der Neurologe, Universitätsprofessor und Psychiater Manfred Stöhr im Vorwort seines Buches «Der Mensch ist mehr als sein Gehirn»: « …. wie viele Menschen in ihrem Selbstverständnis durch die Thesen der modernen Hirnforschung verunsichert sind. Diese krisenhafte Erschütterung des Menschenbildes in den Köpfen vieler Zeitgenossen erklärt sich aus deren Wissenschaftsgläubigkeit, die bewirkt, dass die in dogmatischer Weise vorgetragenen Forschungsergebnisse als unumstößliche Wahrheiten angesehen werden, die daher akzeptiert werden müssen». Stöhr weiter: «Die zeitgenössische Hirnforschung versteht sich als Leitwissenschaft des 21. Jahrhunderts und vertritt ihre Thesen über das Wesen des Menschen lautstark und öffentlichkeitswirksam. Darüber hinaus erhebt sie den Anspruch, in anderen Humanwissenschaften wie Pädagogik, Ethik und Recht wichtige Ergänzungen beizutragen und ihr reduktionistisches Menschenbild auch dort etablieren zu können. Die Mehrzahl der Hirnforscher ist einem materialistischen Welt- und Menschenbild verhaftet, das die geistige Dimension des Menschseins von vornherein ausschließt und als angebliche Illusion entlarvt. Dieses Dogma von der Alleinexistenz der Materie führt zu metaphysischer Blindheit und einem Verlust der Tiefendimension der Wirklichkeit. Dessen Auswirkungen auf das Menschenbild sind katastrophal: Der Mensch wird auf einen durch die neuronalen Netzwerke des Gehirns gesteuerten Automaten – einen seelenlosen Roboter – reduziert. Dessen Steuerungszentrale ist das rein stoffliche und daher ausschließlich physikalischen und chemischen Gesetzen gehorchende Gehirn».

Der Mainzer Philosoph Thomas Metzinger hält dagegen, indem er schreibt («Rätsel Mensch» Springer S. 158): «Die Liebe wird nicht dadurch abgeschafft, dass man sie mit Botenstoffentladungen und neuronalen Aktivitätsmustern beschreibt. Schließlich mache es auch den Genuss eines Konzerts nicht zunichte, wenn man wisse, dass Töne auf Luftschwingungen beruhen. Obwohl wir nur dann fühlen und denken, wenn unsere Hirnzellen auf bestimmte Weise zusammenarbeiten, sind wir doch «mehr» als eine Ansammlung von Neuronen. So wie auch unser Empfinden beim Anblick eines Regenbogens mehr ist, als die bloßen physikalischen Eigenschaften hergeben. Reduktionismus ist zunächst nur eine recht unspektakuläre Strategie, um zu wissenschaftlicher Erkenntnis zu gelangen. Es geht kurz gesagt darum, höherstufige, komplizierte Zusammenhänge auf einfachere Prinzipien zurückzuführen».

So oder so, wir kommen nicht daran vorbei, die bedeutungsvolle Frage zu stellen, ob es denn überhaupt realistisch ist, davon auszugehen, dass es den Gehirnforschern einmal gelingen wird, die ganze und wahre Natur des Menschen naturwissenschaftlich zu entschlüsseln?

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