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Hirnforschung

Der Blick in den Kopf

Schätzungsweise 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen) kommunizieren über 100 Billionen Synapsen miteinander. Die Nervenzellen und die Synapsen - Verbindungsstellen, über die die Informationsübertragung von Nervenzellen zu anderen Zellen abläuft - bilden ein gewaltiges Netzwerk, in dem Informationen verschoben und erzeugt werden.

Die Hirnfunktionen verteilen sich auf vier Bereiche, von denen das Großhirn der wichtigste ist. Hier sind die Zentren für das Sehen und Sprechen angesiedelt und auch das Denken ist im Wesentlichen eine Funktion des Großhirns. Das Zwischenhirn ist in der Hauptsache für die Koordination des Körpers zuständig, das Kleinhirn für das vegetative Nervensystem, den Teil des Nervensystems, der lebenswichtige Organfunktionen steuert. Im Stammhirn werden elementare Reflexe, wie zum Beispiel das Gähnen oder auch Atmung und Herzschlag gesteuert. Das Stammhirn ist entwicklungsgeschichtlich der älteste Teil des Gehirns.

Um den Geheimnissen des Gehirns auf die Spur zu kommen, messen die Hirnforscher, welche Teile des Gehirns unter welchen Umständen besonders aktiv werden. Bildgebende Verfahren, wie etwa die Magnetoenzephalographie (MEG), messen über Sensoren die feinen elektrischen Aktivitäten der Nervenzellen im Gehirn und setzen sie in Bilder um, auf denen man erkennen kann, wie stark bestimmte Teile des Gehirns beansprucht werden. Auf diese Weise lassen sich gesteigerte Aktivitäten im Gehirn lokalisieren.

Auch wenn die zugrunde liegende Technik solcher Messverfahren hoch kompliziert ist, lässt sich durch solche Verfahren in einfachen Experimenten zeigen, welche Bereiche des Gehirns für bestimmte Aufgaben verwendet werden. So lässt sich schnell zeigen, ob ein Proband bei einem Experiment starke Gefühle entwickelt, ob er sich Bilder vorstellt oder viel nachdenken muss. Manche Messungen ergeben so eindeutige Ergebnisse, dass Wissenschaftler die gemessenen Ströme nutzbar machen können. Inzwischen ist es möglich, etwa einen Computer über gedachte Befehle zu steuern: Sensoren messen zum Beispiel die Hirntätigkeit, die sich einstellt, sobald der Proband sich eine bestimmte Bewegung vorstellt und setzen diesen Impuls um - beispielsweise um einen Cursor auf dem Monitor zu bewegen oder Geräte zu steuern. Diese Technik wird entwickelt, um schwerstbehinderten Menschen die Möglichkeit zu geben, allein durch gedachte Befehle mit ihrer Umwelt zu kommunizieren.

Geist und Gehirn

Trotz solcher Experimente ist die Wissenschaft aber weit entfernt davon, den Inhalt unseres Bewusstseins auslesen zu können. Wie das Gehirn als Organ funktioniert, unterscheidet sich vollkommen davon, wie wir uns selbst wahrnehmen, wie wir denken und fühlen. Im Gehirn selbst gibt es keine Bilder oder Farben, sondern, ähnlich einem Computer, nur bestimmte Schaltzustände. Einen bestimmten neuronalen Zustand kann man sich als imaginäre Fotografie vorstellen, auf der alle Aktivitäten aller Neuronen zu einem bestimmten Zeitpunkt abgebildet sind. Zwischen diesem neuronalen Zustand und einem einfachen Bewusstseinserlebnis, wie etwa einer Farbempfindung, besteht kein offensichtlicher Zusammenhang. Zwar gehen die meisten Hirnforscher davon aus, dass sich im Prinzip auch die Inhalte zum Beispiel eines gedachten Bildes von außen erkennen lassen können, doch selbst wenn wir technologisch dazu in der Lage wären, könnte die Erfahrung selbst damit nicht beschrieben oder erklärt werden.

Selbst wenn es uns also gelingen würde, alle Prozesse im Gehirn genau zu verstehen und zu beschreiben, könnten wir die Art und Weise, in der wir etwa Dinge wahrnehmen, damit nicht vollständig erklären. Auch wenn es in Zukunft durchaus möglich sein könnte, viele Details über unser Denken und Fühlen von außen mit Hilfe von Sensoren zu messen und zu erkennen. Die Kluft zwischen der gemessenen Gehirnaktivität und dem Erlebnis des tatsächlichen Denkvorgangs bleibt auch für die Hirnforschung unüberbrückbar. Dennoch sind sich die Hirnforscher einig, das alles, was wir erleben, wahrnehmen und denken, ein Resultat der Aktivitäten des Gehirns ist.

Visionen

Je genauer die Forscher die Zentren der Hirnaktivität kennen, desto vielfältiger können sie auch auf diese Zentren einwirken. Das gilt in erster Linie für neuronale Erkrankungen, bei denen bestimmte Hirnareale geschädigt sind. Aber auch für gesunde Menschen gibt es in Zukunft vielleicht eine Reihe von Anwendungen aus der Hirnforschung, die das tägliche Leben vereinfachen oder verbessern könnten.

So ist es den Wissenschaftlern inzwischen beispielsweise gelungen, allein durch den Einsatz einer Magnetspule den Tastsinn zu verfeinern: Der für dieses motorische Segment verantwortliche Teil des Gehirns wird durch ein Magnetfeld von außen angeregt. Bereits nach wenigen Sitzungen können die Wissenschaftler eine Verbesserung der feinmotorischen Fähigkeiten messen.

Ob aber je komplexeres Wissen oder Fähigkeiten per Knopfdruck implementiert werden können, ist fraglich. Theoretisch spricht jedoch nichts dagegen, wenn wir den Code des Gehirns genauer verstehen Schließlich machen auch solche Visionen die Hirnforschung zu einem der spannendsten Wissenschaftsgebiete unserer Gegenwart.