Hirnforschung

Alles so schön bunt hier

Gehirn-Scans sagen viel weniger aus, als in sie hineininterpretiert wird.

Die letzte Bastion soll nun fallen. Auch die höchsten mentalen Leistungen des Menschen, das Denken, Lügen, Glauben, Hoffen und Lieben, harren der baldigen Enträtselung durch die Neurowissenschaft. US-Altpräsident Bush hatte schon die neunziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts zur Decade of the Brain ausgerufen. Als der Erfolg zunächst ausblieb, wurde das erste Jahrhundert des neuen Millenniums flugs zum Century of the Brain erklärt. Im Spiegel avancierte die Hirnforschung gar zur künftigen Leitwissenschaft.

Die neue Popularität verdankt sie vor allem der Macht der bunten Bilder, die mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) und der Positronenemissionstomografie (PET) Einblicke in die Anatomie, den Stoffwechsel und die Neurochemie des menschlichen Gehirns erlauben. In der Tat wurden bei der Erforschung basaler und komplexer Wahrnehmungsleistungen wie dem Sehen von Kontrasten, Farben oder komplexen Formen wie Gesichtern und Häusern in den letzten Jahren beeindruckende Erfolge erzielt. Das fasziniert nicht nur Fachkreise, in populärwissenschaftlichen Medien boomt das Thema ebenfalls.

Für manche Wissenschaftler scheint die Auflösung des Enigmas von Gehirn und Geist bereits ausgemachte Sache zu sein. In ihren Manifesten stellen sie vollmundig die Entschlüsselung sämtlicher Geheimnisse des Mentalen in Aussicht. Einige Autoren wollen so komplexe Phänomene und geisteswissenschaftliche Konzepte wie Religiosität, Liebe, Glück und Schuld mit simplen Experimenten im MRT erklären.

Werden Glücksgefühle gemessen, widersprechen sich die Resultate

Andere verkünden den Tod der geistigen Freiheit: Der freie Wille stehe im Widerspruch zu elektrophysiologischen Experimenten. Allerdings operieren sie dabei mit verkürzten und unscharf definierten Konzepten von Freiheit. In völliger Verkennung der wissenschaftlichen Möglichkeiten schlagen einige sogar vor, die funktionelle Bildgebung als Entscheidungshilfe bei forensischen Gutachten einzusetzen, um die Schuldunfähigkeit der Delinquenten quasi objektiv nachzuweisen. Selbst für eine Wiedergeburt der Freudschen Theorie mussten Ergebnisse der funktionellen Bildgebung als Kronzeugen herhalten.

Die suggestive Kraft der bunten Hirnbilder ist verführerisch. Auf farbenfrohen Darstellungen kann jedermann die Orte der strukturellen oder funktionellen Hirnauffälligkeiten von Schlauen oder Dummen, ortskundigen Taxifahrern, geschickten Jongleuren, frommen Nonnen, liebenden Partnern oder schuldunfähigen Mördern betrachten. Eine tiefer gehende Fachkenntnis scheint dafür zunächst nicht nötig zu sein – Hingucken reicht.

Doch die Evidenz der Bilder ist trügerisch. In Wirklichkeit handelt es sich um komplexe mathematische Konstrukte. Im Scanner vollführen Probanden zunächst geistige Leistungen im Rahmen eines Experiments. Es werden Lern- oder Gedächtnisaufgaben erledigt, emotionale Erinnerungen wachgerufen, Bilder von geliebten Personen betrachtet oder religiös-meditative Erlebnisse induziert. Währenddessen wird der Blutfluss in den Hirnarealen oder deren Glukoseverbrauch gemessen. In gängigen Untersuchungen der fMRT führt man solche Experimente bei etwa 10 bis 20 Probanden durch. Die gemessenen Signale der Ruhebedingung (zum Beispiel kein Lernen, keine emotionale Erregung, kein religiös-meditatives Erlebnis) können dann mit dem aktiven Zustand mathematisch verglichen werden.

Die Vergleiche werden für jeden Bildpunkt der MRT-Aufnahmen durchgeführt. Da durchschnittliche fMRT-Untersuchungen mehr als 150000 Bildpunkte gruppenweise vergleichen, ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, rein zufällig »signifikante« Ergebnisse zu bekommen, sodass bei der Auswertung komplizierte statistische Korrekturverfahren angewandt werden müssen. Das Ergebnis sind dann Gruppen von Bildpunkten, die sich in ihrem Messsignal in der aktiven Bedingung von der Ruhebedingung unterscheiden. Die Farbe der Bildpunkte zeigt dabei aber nicht unbedingt die Stärke des gemessenen Signals, da ja nur relative Größen bestimmt werden können. Die Farben zeigen vielmehr, wie signifikant der Signalunterschied im Gehirn bei bestimmten Aufgaben ist, also die Größe der Wahrscheinlichkeit, dass die Differenz kein Zufall ist. Die so codierten statistisch definierten bunten Bildpunkte werden dann auf ein anatomisches Bild des Gehirns projiziert, um die Anschaulichkeit zu vergrößern.

Bei der Präsentation und Interpretation der so generierten statistischen Gehirnbilder reden viele Wissenschaftler dann verkürzt von »Aktivierung« oder »Deaktivierung«. Es wird auf rot-gelbe oder blaue Teilbereiche des Gehirns gezeigt, die während einer Aufgabe »aktiviert« seien, während andere Areale keine Aktivierung zeigten. Der interessierte Laie muss denken, dass sämtliche Gehirnareale, die nicht »aufleuchten«, tatsächlich nicht aktiv sind. Dies aber ist nicht der Fall. Sie können sogar von absolut kritischer Bedeutung für die Aufgabe sein, sind aber möglicherweise unter Kontrollbedingungen in ähnlichem Ausmaß aktiv. Darüber hinaus ist es möglich, dass das Ergebnisbild eine »Aktivierung« zeigt, obwohl die neuronale Aktivität in der angezeigten Region abnimmt, dann nämlich, wenn es in der Ruhebedingung noch stärker abnimmt.

Es kann auch vorkommen, dass das Ergebnisbild einen extrem »heißen Punkt« (hot spot) anzeigt, der mit höchster Signifikanz die Ruhebedingung von der mentalen Aktivität unterscheidet. Das muss aber nicht bedeuten, dass der Unterschied in der tatsächlichen Aktivierung besonders groß ist – es kann auch sein, dass der Befund bei allen Probanden sehr stabil war. Denn das Ergebnisbild ist – wie gesagt – ein statistisches Bild und kein Abbild der tatsächlichen Gehirnaktivierung oder -durchblutung.

Zu guter Letzt werden die Ergebnisbilder häufig nur in ihrer Projektion auf einzelne anatomisch dargestellte Schnittebenen des Gehirns dargestellt. Die adäquatere Darstellung des Gesamtergebnisses im sogenannten glass brain, die sämtliche Ergebnisse des Experiments offenbart, wird unter Verweis auf die fehlende Anschaulichkeit für den ungeübten Betrachter weggelassen. Auch hier gerät die Illustration oft zur Verschleierung. Denn das Ergebnisbild im glass brain offenbart nicht selten ein viel komplexeres und schwerer zu interpretierendes Befundbild als die Betrachtung einer einzelnen Scheibe.

Ein Problem bei der funktionellen Bildgebung ist auch die Frage nach der Wiederholbarkeit der Ergebnisse; vor allem dann, wenn höhere mentale Leistungen Gegenstand der Untersuchung sind – Themen, die die Öffentlichkeit besonders interessieren: Bewusstsein, Glück, Emotion, Denken und Schuld. Da liefern ähnliche Experimente oft uneinheitliche oder sogar widersprüchliche Ergebnisse. Es bleibt ein Rätsel, wieso eine eigentlich selbstverständliche, solide berechnete und dokumentierte Wiederholbarkeit für solche Studien nicht längst zur Bedingung gemacht wird.

All diese Schwierigkeiten sind in wissenschaftlichen Kreisen wohlbekannt. Sie schmälern auch nicht das Potenzial und die Möglichkeiten, die die verschiedenen Methoden der bildgebenden Hirnforschung heute schon bieten und nach fortlaufender methodischer Verbesserung in Zukunft noch bieten werden. Doch vor dem Versprechen, das Rätsel des menschlichen Geistes könne durch die Neurowissenschaft gelöst werden, sei gewarnt. Bei genauer Betrachtung ist die Neurobiologie weit davon entfernt, die Komplexität von Lebensphänomenen wie Bewusstsein, Freiheit, Liebe oder Glück aufzulösen. Viele Arbeiten, die sich solchen Phänomenen der höchsten mentalen Eigenschaften von Lebewesen zuwenden, können dies nur tun, indem sie das untersuchte Phänomen auf Teilaspekte reduzieren, etwa indem meditative Erlebnisse mit Religiosität oder das Betrachten von Bildern eines geliebten Menschen mit romantischer Liebe gleichgesetzt werden.

Der Neurowissenschaft droht ähnlicher Spott wie einst der Phrenologie

Es bedarf größerer theoretischer Anstrengungen, die zahlreichen empirischen Befunde der bildgebenden Hirnforschung in eine umfassende und zeitgemäße Theorie des Geistes einzubinden. Außerdem müssen die Geisteswissenschaften bei Begriffsbildung und Interpretation von neurowissenschaftlichen Befunden miteinbezogen werden. Gerade die Neurowissenschaft als empirisch-naturwissenschaftlich geprägte Disziplin sollte immer wieder an ihre eigenen Einschränkungen erinnern. Sonst tritt an die Stelle von solider Interpretation der Ergebnisse komplexer neurowissenschaftlicher Experimente eine Hirndeutung, die aus bunten Scannerbildern wie aus den Klecksen eines Rorschachtests liest.

Solchen Auswüchsen muss die forschende Neurowissenschaft entgegentreten – will sie nicht in 50 Jahren ähnlich verspottet werden wie heute die Phrenologie des 19. Jahrhunderts.

Der Autor ist Leiter der Sektion Experimentelle Neuropsychiatrie und Sprecher des Süddeutschen Brain Imaging Centers an der Universitätsklinik Freiburg, Abteilung für Psychiatrie & Psychotherapie

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