Kitabı oxu: «Über den Kopf hinaus»

KAPITEL 1: Die Ströme im Kopf

Die Vermessung des Gehirns

100 Milliarden Nervenzellen mit jeweils Tausenden von Kontaktstellen, um Signale zu empfangen und Informationen fließen zu lassen – das menschliche Gehirn gilt als die komplizierteste Struktur des Universums. Entstanden ist sie in einem Zeitraum von 650 Millionen Jahren. So lange brauchte die Evolution, um aus einfachen Nervensystemen, wie sie zum Beispiel in Quallen zu finden sind, jenes komplizierte Hochleistungsgebilde zu formen, das heute 25 Prozent des Sauerstoffs und 70 Prozent des vom menschlichen Körper insgesamt verbrauchten Zuckers für seine Arbeit benötigt.

Und zweifellos gehört zu dieser Arbeit auch das Denken sowie die vielen anderen Leistungen des Bewusstseins. Daher werden wir in der Frage nach dem Wesen der Gedanken öfter auf die Forschungen am Gehirn zurückkommen – allerdings auch radikal andere Ansätze zur Erklärung des Phänomens „Geist“ berücksichtigen.

Die Theorie, dass alle menschlichen Denk- und Bewusstseinsleistungen auf die Tätigkeit von Nervenzellen zurückzuführen und somit körperlich erklärbar sind, ist relativ neu. Sie hat sich erst im 19. und 20. Jahrhundert etabliert – und ist, soviel sei vorweggenommen, bis heute nicht bewiesen.

Vor gar nicht allzu langer Zeit gingen auch die bedeutendsten Denker von einer Zweiteilung von „Leib“ und „Seele“ aus. Noch in der beginnenden Neuzeit formulierte beispielsweise der französische Philosoph und Naturwissenschaftler René Descartes (1596–1650), dem wir die geniale Kurzformel „Cogito, ergo sum“ – „Ich denke, also bin ich“ – verdanken, dass der Mensch aus zwei unterschiedlichen Wesenheiten bestehe. In der Zirbeldrüse, einem kleinen Organ im Zwischenhirn, so war er überzeugt, treten das materielle und das geistige Wesen miteinander in Kontakt. Und für gläubige Menschen war die Existenz einer immateriellen Seele sowieso eine gottgegebene Selbstverständlichkeit. Was sonst sollte nach dem Tod bewusst als „Ich“ weiterleben, wenn nicht etwas Eigenständiges, das dem Körper nur angeschlossen wurde?

In einer Gesellschaft, in der das Aufschneiden eines menschlichen Körpers weitgehend tabu war und es vor allem auch technisch unmöglich gewesen wäre, die Gehirntätigkeit am lebenden „Objekt“ zu beobachten, schien es selbstverständlich, dass die physische Außenwelt und die psychische Innenwelt zweierlei sind. Die Gedanken wurden dabei bisweilen als „Ausdünstungen“ jenseits der fünf Sinne betrachtet – unsichtbar, nicht greifbar, aber spürbar in der Wirkung.

So erzählt man beispielsweise, dass der österreichische Kaiser Joseph II. (1741–1790), der in Wien den „Narrenturm“ errichten ließ (das weltweit erste Spezialgebäude zur Unterbringung psychisch Kranker), sich gern vom gedanklichen „Odem“ der Narren inspirieren ließ. Angeblich hielt er sich deshalb häufig in der Laterne des Turmes auf, um hier Kreativität zu tanken.

Kranke Menschen boten dann auch in der medizinischen Forschung die entscheidenden Schlüssel für die Erkenntnis, dass offenbar untrennbare Zusammenhänge zwischen Gehirntätigkeit und Bewusstseinsleistungen bestehen.

Vom 19. Jahrhundert an bis heute wurden immer detailliertere neurologische Untersuchungen durchgeführt, die viele Wissenschaftler zum Schluss führten, dass es gar keine Leib-Seele-Dualität gäbe. Eine revolutionär neue Sichtweise etablierte sich, der zufolge Bewusstsein lediglich aus der Gehirntätigkeit resultiere. Sie veranlasste den deutschen Philosophen Georg Wilhelm Friedrich Hegel (1770–1831) zu seiner bekannten spöttischen Bemerkung, das Denken sei, so betrachtet, nichts anderes „als Pissen“.

Unter Wissenschaftlern ist die Ansicht heute weit verbreitet, dass das Denken und Fühlen, dass Intelligenz und Bewusstsein sowie das Ich-Erleben im Grunde nur materielle Prozesse seien. Allerdings konnte sie sich allgemein nicht wirklich durchsetzen. Wohl vor allem deshalb nicht, weil diese Auffassung allzu radikal unserer Alltagserfahrung widerspricht.

Es mag ja faszinierend sein festzustellen, dass unter der eigenen Schädeldecke so viele Neuronen feuern, dass man einen Lastwagen mit Anhänger benötigte, um sie alle zu fassen, sofern jedes so groß wie ein Sandkorn wäre, oder dass man schätzungsweise 32 Millionen Jahre brauchte, um die Gesamtzahl der möglichen neuronalen Verbindungen – eine pro Sekunde – zu zählen. Solche Erkenntnisse mögen Aufsehen erregend und spektakulär sein – aber haben sie wirklich etwas mit uns zu tun? Mit der eigentlichen menschlichen Persönlichkeit?

Sollen wir uns selbst ernsthaft mit den unansehnlichen Windungen namens Hirn identifizieren, sie als unseren Wesenskern akzeptieren, berührt das eher unangenehm. Als Mensch sieht man sich lieber in gepflegter äußerer Form, genießt das Empfinden von Schönheit und Harmonie und möchte nicht kampflos hinnehmen, dass jedes Werte-Bewusstsein und Idealstreben auf dem Altar eines materialistischen Menschenbildes geopfert wird.

Und doch haben außergewöhnliche Krankheitsgeschichten in den vergangenen Jahrhunderten immer eindrucksvoller den engen Zusammenhang zwischen der Gehirntätigkeit und allen typisch menschlichen Denk- und Bewusstseinsleistungen aufgezeigt.

So führen beispielsweise Schädigungen in dem für die Sprachproduktion zuständigen „Broca-Zentrum“ (benannt nach dem französischen Arzt Paul Broca, 1824–1880) zu Problemen in der Sprachproduktion oder überhaupt zur Unfähigkeit des betroffenen Menschen, sprechen zu können – selbst dann, wenn Kehlkopf und Zunge voll funktionsfähig sind.

Auch führten Untersuchungen an sogenannten „Split-Brain-Patienten“ zu bemerkenswerten Ergebnissen. Solche Patienten haben infolge eines chirurgischen Eingriffs ein „geteiltes Gehirn“. Die Verbindung zwischen der bildorientierten rechten und der sprachorientierten linken Großhirnhälfte ist in ihrem Kopf getrennt. Der deutsche Neurobiologe und Autor Franz Mechsner beschrieb Experimente mit einem solchen Patienten: „Zeigt man der wenig sprachbegabten rechten Hemisphäre ein obszönes Bild, beginnt der Patient vielleicht zu grinsen. Gefragt, warum er grinse, gibt er jedoch nicht den wahren Grund an, sondern sagt etwas wie: ‚Ihr Hemd sitzt so komisch‘.

Die sprachbegabte linke Hemisphäre, die wegen der gekappten Verbindung zur rechten nichts von dem Bild weiß, fabuliert sich einfach eine Geschichte zusammen.“ („Die Suche nach dem Ich“, GEO 2/1998)

Genügt also ein chirurgischer Schnitt, damit plötzlich zwei „Ichs“ in einem Schädel sitzen? Jedenfalls leiten manche Forscher aus solchen Beobachtungen ab, dass unser Gehirn die Tendenz hat, sich selbst etwas vorzumachen, eine Wirklichkeit zu konstruieren – und sich auf diese Art in letzter Konsequenz auch den Eindruck von einem Ich-Bewusstsein zu verschaffen. Demnach wäre das menschliche Ich nichts weiter als das Ergebnis der Phantasiekunst des Gehirns. Das Ich würde nicht – wie Descartes meinte – selbst willentlich denken, sondern es würde vom Gehirn erdacht werden. Der Eindruck, den wir von uns selbst haben, von unserer geistigen Unabhängigkeit und Willensfreiheit, wäre demnach nur eine simple Illusion, die darauf beruht, dass das Gehirn alle Gedanken, Worte und Handlungen einem „Selbstmodell“ zuschreibt – und zwar einfach, wie der US-amerikanische Philosoph und Konstrukteur Daniel C. Dennett vermutet, „um seine Aktivitäten zu organisieren.“ Von Dennett stammt übrigens auch das „materialistische Glaubensbekenntnis“ zum Wesen des Menschen: „Ja, wir haben eine Seele, aber sie besteht aus lauter winzigen Robotern“.

Für den engen Zusammenhang zwischen Gehirnaktivitäten und bewusster Wahrnehmung sprechen nicht zuletzt auch Experimente, bei denen bestimmte Hirnareale elektrisch gereizt wurden, wodurch Erlebnisse oder auch Verhaltensänderungen ausgelöst werden konnten. Mit der gezielten Stimulation des „Gyrus angularis“, einer Windung der Großhirnrinde, ist es sogar gelungen, das Erlebnis des Austritts aus dem Körper, also außerkörperliche Wahrnehmungen, zu provozieren.

Solche Beobachtungen haben dazu geführt, dass die Mehrzahl der Wissenschaftler heute davon ausgeht, dass unser Bewusstsein vom Gehirn produziert wird – eine Ansicht, die wir allerdings noch gründlich hinterfragen werden. Denn viele Forscher, die sich eingehender mit der Wirkung von Gedanken beschäftigen, widersprechen ihr heftig.

Gehirnströme als Steuersignale

Unabhängig von so weitreichenden Schlussfolgerungen hat der Blick in das menschliche Gehirn in jüngster Zeit faszinierende Forschungsarbeiten ermöglicht und zu beeindruckenden Entwicklungen im Bereich der Medizintechnik geführt. Denn es ist möglich geworden, Geräte oder Prothesen allein durch Gedanken zu steuern.

Längst vorbei sind die Zeiten, in denen – etwa vom englischen Arzt und Philosophen Robert Fludd (1574–1637) – ebenso spekulative wie falsche Karten zur Architektur des Gehirns gezeichnet wurden, in denen man annahm, dass jeglichem Denken und Fühlen bestimmte Areale zugewiesen seien und sogar ein „Diebessinn“ sowie ein „Würge- oder Mordsinn“ im Gehirn verortet wurden. Alles Unsinn – soviel ist heute klar.

Die Gehirnforschung erlebte gegen Ende des 20. Jahrhunderts durch den Einsatz computerunterstützter Bildgebungsverfahren einen entscheidenden Durchbruch. Denn seither ist es möglich, die Vorgänge im Kopf, die Auswirkungen des Denkens und Fühlens am lebenden Menschen zu beobachten.

Dadurch erfahren wir immer detaillierter, wie unser Denk- und Steuerorgan wirklich „tickt“. So haben die Entdeckungsreisen in das schier endlos verzweigte und dabei sich unaufhörlich neu formende Labyrinth in unserem Schädel gezeigt, dass es nur sehr wenige Leistungen gibt, die eindeutig ganz bestimmten Hirnregionen zugeordnet werden können – etwa die Bewegungskoordination. Meist sind neuronale Netze aktiv, die sich über weite Teile des Gehirns spannen. Diese Tatsache macht es von vornherein schwierig, aus der Messung von Gehirnströmen auf Denkprozesse zu schließen.

Dennoch erzielte die Forschung gerade in diesem Bereich in jüngster Zeit große Fortschritte – und zwar nicht nur in der Theorie, sondern auch im Hinblick auf praktische Anwendungen. Einige revolutionäre medizintechnische Entwicklungen nutzen inzwischen Gehirnströme, um Geräte zu steuern. Es ist zum Beispiel möglich, allein durch die „Kraft der Gedenken“ Prothesen für Arme und Hände zu verwenden. Muskelgruppen können dabei so gezielt angesteuert werden, dass hochgradig gelähmten Menschen, die auch Ellbogen und Schulter nicht mehr selbsttätig bewegen können, das so entscheidend wichtige Greifen mit der Hand wieder ermöglicht wird.

Zu den diesbezüglich führenden Forschungseinrichtungen zählt das „Institut für semantische Datenanalyse“ an der Technischen Universität Graz. Die Pionierarbeit, die hier geleistet wird, hat entscheidend dazu beigetragen, dass manches, das man vor wenigen Jahren noch als pure Science-fiction bezeichnet hätte, mittlerweile Realität geworden ist.

Professor Gernot Müller-Putz, Leiter dieser Forschungsarbeiten, befriedigte im folgenden Gespräch, das ich im Herbst 2012 mit ihm führen konnte, freundlicherweise meine Neugier über den Stand der Dinge:

Sie arbeiten mit Ihrem Team im Institut für Semantische Datenanalyse an Möglichkeiten, nur mit Hilfe von Gedanken Computer und Geräte zu steuern. Was geschieht dabei? Haben Sie den Schlüssel zum Gedankenlesen gefunden?

Müller-Putz:

„Den Schlüssel zum Gedankenlesen haben wir nicht. Wir verwenden aber sehr wohl das Denken, um verschiedene Geräte und Anwendungen zu steuern, indem wir Denkmuster herausfinden. Das funktioniert im wesentlichen so, dass Patienten oder Benutzer durch verschiedene Gedanken Gehirnmuster erzeugen, die wir dann durch Messungen erkennen. Wenn man zum Beispiel weiß, dass der Benutzer entweder an eine Handbewegung denkt oder an eine Fußbewegung, dann kann man daraus ein Steuersignal erzeugen und damit eine Computeranwendung, zum Beispiel ein Schreibprogramm, steuern. Patienten mit schweren motorischen Beeinträchtigungen sollen dadurch wieder kommunizieren, schreiben, im Internet surfen können oder ihre Umwelt steuern.“

Ein wesentliches Ziel ist also, Menschen mit Bewegungsbeeinträchtigungen zu helfen. Befragungen von hochgradig querschnittgelähmten Menschen brachten ja immer wieder zum Ausdruck, dass das Greifenkönnen für sie eines der wichtigsten Anliegen ist und ihre Lebensqualität auch entscheidend verbessern würde. Ist eine solche Technologie, dass ein Patient also nur mit Hilfe von Gedankenkraft im Alltag wieder greifen kann, in Sicht?

Müller-Putz:

„Ja, das Greifen ist ganz wichtig. Man macht so viele Dinge unbewusst mit den Händen, und wenn das plötzlich alles wegfällt, dann bricht eine Welt zusammen. Wenn man also für Patienten mit sehr hohen Querschnittlähmungen ein einfaches Greifen wieder herstellen könnte, dann würden diese Menschen viel von ihrer Eigenständigkeit zurückbekommen. Wie kann man das machen?

Man kann es sich so vorstellen, dass man mit Hilfe der funktionellen Elektrostimulation, also durch Muskelstimulation, den gelähmten Arm ansteuert und ein einfaches Greifen erzeugt. Der Patient kann also durch die sogenannte Neuroprothetik seine Hand öffnen und die Finger wieder schließen, also etwas angreifen, und diese Neuroprothetik muss irgendwie angesteuert werden. Das könnte man mit einem Schalter machen, der am Körper angebracht ist. Wenn Patienten aber auch Schulter und Ellbogen nicht mehr bewegen können, dann gibt es nicht mehr viele Möglichkeiten, wie man ein solches Steuersignal erzeugen kann, und deshalb kommt unsere Arbeitsgruppe ins Spiel. Wir wollen das Denken an die Bewegung in eine tatsächliche Bewegung des gelähmten Arms umsetzen.“

Ihr Team arbeitet auch an verschiedenen EU-Forschungsprojekten mit. Eines davon hat den Titel „Brainable“. Dabei geht es um die Entwicklung einer möglichst komfortablen „Mensch-Computer-Schnittstelle“ mit dem Ziel, dass man allein durch die Gehirntätigkeit befähigt ist, bestimmte Handlungen vorzunehmen. Geht es dabei auch um medizinische Anwendungen?

Müller-Putz:

„Ja, die EU-Projekte, an denen wir arbeiten, haben alle medizinische Zielsetzungen. Das, von dem ich vorhin gesprochen habe, fällt unter das EU-Projekt „TOBI“ – Tools für Brain Computer Interaction. Im EU-Projekt „Brainable“ geht es darum, beeinträchtigte Menschen mit einer Steuerung für ihre Umwelt auszustatten. Das heißt, dass diese Patienten wieder eine Kontrolle über ihre Umwelt bekommen, dass sie beispielsweise das Internet oder generell IT-Techniken benutzen können, also E-Mails schreiben, Internetsurfen, twittern, aber auch ihre Umgebung steuern. Diese Patienten können ja zum Beispiel nicht einfach hingehen und das Licht einschalten. Aber assistierende Technologien, die von einem „Brain Computer Interface“ angesteuert werden, können das machen. Das heißt, ich wähle beispielsweise den Befehl aus: „Licht einschalten“ oder: „Jalousie herunterfahren“ oder ich wähle einen bestimmten Film aus, den ich mir gerne anschauen möchte – in diese Richtung geht das „Brainable“-Projekt.“

Es gibt auch schwerkranke Menschen, die praktisch keinen Kontakt mehr zur Außenwelt haben, Stichwort Wachkomapatienten. Bei diesen Patienten gibt es ja immer wieder Fälle tragischer Fehldiagnosen. Man nimmt an, dass solche Menschen von ihrer Außenwelt gar nichts mehr mitbekommen, und stellt irgendwann doch fest, dass ein bestimmter Grad von Bewusstsein noch vorhanden ist. Sehen Sie technische Möglichkeiten, bessere Diagnosewerkzeuge für solche Wachkomapatienten herzustellen, die auch gezielt mit den Gehirnströmen arbeiten?

Müller-Putz:

„Ja, es gibt ein Projekt mit dem Namen „Decoder“. Hier geht es genau darum, ein Diagnosetool zu schaffen, um eben festzustellen, ob Patienten noch Bewusstsein, ein Restbewusstsein oder fallweise ein Bewusstsein haben oder ob sie definitiv kein Bewusstsein mehr haben und sich in einem vegetativen Zustand befinden. Dafür benötigt man dringend ein Diagnosetool.“

Und was macht man, um Bewusstsein zweifelsfrei festzustellen oder auszuschließen?

Müller-Putz:

„Man kann bestimmte Gehirnfunktionen mit ganz einfachen Experimenten überprüfen. Zum Beispiel kann man feststellen, ob ein Patient verschiedene Pieptöne unterscheiden kann. Wenn man weiß, dass sein Hirn das kann, dann kann man den Schwierigkeitsgrad etwas erhöhen und zum Beispiel Sätze vorgeben, die entweder semantisch richtig oder semantisch falsch sind … Grundsätzlich startet man mit ‚passiven Paradigmen‘, wo also der Patient nur zum Zuhören eingeladen wird, und dann gibt es noch die aktiven Paradigmen, wo man zum Beispiel sagt: ‚Bitte zählen Sie die Pieptöne, die von den normalen Pieptönen abweichen‘.

Man kann mit Hilfe solcher Experimente feststellen, ob der Patient diese Anweisungen mitmacht oder auch nicht. Und wenn man sieht, dieser Patient, zu dem man so keinen offensichtlichen Zugang hat, hört die Anweisungen und macht mit, dann kann man feststellen, dass er eigentlich in diesem Moment Bewusstsein hat, es aber nicht nach außen transportieren kann. Die Analyse der Gehirnströme macht das sichtbar.

Die Idee ist, ein ganz einfaches ‚Brain Computer Interface‘ anzudocken, wodurch der Patient mental Antworten geben kann oder einen simulierten Tastendruck erzeugt, um zum Beispiel Ja oder Nein zu sagen. Das Ziel des ‚Decoder‘-Projektes ist also eine ganz einfache, rudimentäre Kommunikation mit Patienten, die noch Bewusstsein haben. Man hat natürlich schon mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie gezeigt, dass solche Patienten Anweisungen befolgen können. Aber ein Scanner ist ein sehr großer Apparat. Unser Projekt soll die Erkenntnisse aus der Magnetresonanztomographie in die Elektroenzephalographie überleiten, also in das Aufzeichnen der Gehirnströme, denn das dafür nötige Gerät kann man überallhin mitnehmen, wodurch man ganz einfach vor Ort, auch zu Hause arbeiten kann. „

Welche medizinischen Möglichkeiten stehen denn mit dieser Technologie noch in Aussicht? Es gibt ja noch weitere EU-Projekte, an denen Sie arbeiten …

Müller-Putz:

„Diese Projekte beschäftigen sich unter anderem mit der Schlaganfall-Rehabilitation, zum einen bei Schädigungen an der oberen Extremität, also der Hand und des Armes, zum anderen aber auch an der unteren Extremität. Hier geht es darum, einen Patienten während der Therapie zu beobachten. Wenn er seine betroffenen Extremitäten bewegen soll, sie aber nicht bewegen kann, lässt sich anhand der Analyse der Gehirnmuster feststellen: Jetzt hat der Patient versucht, den Arm zu bewegen oder die Hand zu bewegen. Diese Beobachtung wird dann an den Therapeuten und an den Patienten zurückgemeldet, nach dem Motto: Ja, das war gut, das ist der Weg, den Arm zu bewegen – auch wenn die Bewegung tatsächlich nicht stattgefunden hat. Man kann dann zum Beispiel ein robotisches Gerät oder eine Elektrostimulation verwenden, um den Arm entsprechend zu bewegen. Durch die Bewegung werden dann Signale von der Extremität an das Gehirn geliefert, und das Gehirn versucht dann, irgendetwas mit diesen Signalen zu machen. Der Ansatz geht also dahin, dass das Gehirn mit Hilfe des „Brain Computer Interface“ und durch die Rückmeldung der Bewegung schneller lernt, die Extremität wieder zu bewegen. „

Wo liegen denn nach Ihrer heutigen Einschätzung die Grenzen dieser Technologie, dass man gedankliche Tätigkeiten von außen analysiert und dann in Nutzanwendungen umsetzt? Gibt es da Grenzen?

Müller-Putz:

„Ja, da gibt es klarerweise Grenzen. Ein Signal, das vom Gehirn kommt, könnte man direkt im Gehirn sehr gut messen, aber es gibt ja verschiedene Schichten, Gehirnhäute, Knochen, die Haut, das alles dämpft das Signal sehr stark ab. Was wir am Kopf messen, das hat nur noch Millionstel Volt, das Signal ist also sehr, sehr klein. Um es zu messen, braucht man bestimmte Apparaturen, sogenannte Messverstärker, die diese Spannungen soweit verstärken, dass man sie überhaupt in einem Computer verarbeiten kann. Außerdem haben die Elektroden, die wir am Schädel platzieren, einen Durchmesser von etwa acht Millimetern. Darunter sind Millionen von Nervenzellen, die alle ihre Aktivität haben. Diese Nervenaktivität breitet sich kugelförmig aus. Durch den Abstand vom Kortex bis zur Elektrode ist es nur noch möglich, am Schädel die Summe der Nervenaktivität zu messen. Das heißt, es sind von der Messmethode her bestimmte Grenzen gesetzt. Ich kann mit meinen Elektroden nur ganz grob detektieren, ob es sich zum Beispiel um eine Handbewegung oder um eine Ellbogenbewegung handelt. Fingerbewegungen klar zu messen, zum Beispiel die Bewegung nur des kleinen Fingers, wird mir nicht mehr möglich sein. Um das weiterzuspinnen: Wenn Sie an eine Katze oder an ein Auto denken, kann ich das unmöglich messen, denn es gibt kein Katzenzentrum oder Autozentrum im Gehirn. Die Möglichkeit des Gedankenlesens, die man durch diese Technologie allgemein manchmal befürchtet, sehe ich, wenn überhaupt, in sehr, sehr weiter Ferne.“