Gehirnforschung Leerlauf im Kopf

Was tut unser Gehirn, wenn wir nichts Bestimmtes tun? Neurologen erforschen einen geheimnisvollen Zustand, der lebensnotwendig ist.

© Everett Kennedy Brown/dpa

Unser Gehirn bleibt nicht träge, wenn wir auf der faulen Haut liegen. Wenn wir uns völlig entspannen, ordnen sich die neuralen Netzwerke neu

Als Forschungsgebiet ist das Nichtstun ein Albtraum. Der Proband liegt verkabelt in einer Röhre, sein Gehirn steht unter scharfer Beobachtung durch modernste Bildgebungstechnik – und dann kommt der Befehl, der das Rätsel startet: »Jetzt entspannen Sie sich mal.«

Kai Vogeley sieht in diesem Moment etwas, das niemand richtig versteht. Der Kölner Psychiater und Neurowissenschaftler ist dem Müßiggang auf der Spur. Er will herausfinden, was unser Gehirn tut, wenn es nichts Besonderes tut. Bei seinen Probanden springt dann regelmäßig ein typisches Muster der Mußeaktivität in bestimmten Nervennetzen an.

Genau da liegt sein Problem. »Normalerweise misst man die Gehirnaktivität im Zusammenhang mit einer definierten Aufgabe«, erklärt Vogeley. »Man bittet die Versuchsperson zum Beispiel, sich eine Folge von Bildern anzusehen. Am Sauerstoff- und Energieverbrauch kann man erkennen, in welchen Regionen des Gehirns dabei die Aktivität steigt.« Daraus leitet der Forscher dann ab, welche Funktion die einzelnen Bereiche erfüllen – dass zum Beispiel Bilder von der Sehrinde im hinteren Teil des Hirns verarbeitet werden. Liegt die Versuchsperson allerdings müßig herum, versagt dieses Prinzip. »Wir wissen nicht, was ein Proband erlebt, den wir zum Nichtstun auffordern«, sagt Vogeley. »Er kann Schafe zählen oder an sein letztes Rendezvous zurückdenken – für den Forscher gibt es keine Möglichkeit, das zu überprüfen.«

Dabei hat der Befehl zum Tagträumen in der Hirnforschung Tradition. Er dient in Experimenten als Kontrollzustand. Erst im Vergleich mit dem Nichtstun, dem »Gehirn im Leerlauf«, können Wissenschaftler jene Hirnregionen ausmachen, deren Aktivität beim Lösen einer Testaufgabe ansteigt.

Ein solcher Datenabgleich war es, der den US-amerikanischen Hirnforscher Marcus Raichle vor einigen Jahren stutzen ließ. Als er seine Probanden bat, vom Nichtstun zu einer zielgerichteten Aktivität überzugehen, stellte er fest, dass sich in bestimmten Hirnregionen genau das umgekehrte Muster zeigte: Dort nahm die neuronale Aktivität nicht zu, wie zu erwarten, sondern ab. Noch kurioser war der Effekt, wenn die Probanden aufhörten, sich zu konzentrieren: Dann stieg die Betriebsamkeit dieser Hirnregionen sprunghaft an – ein Verhalten, das auch Vogeley bei seinen Untersuchungen immer wieder beobachtet.

Den Verbund der rebellischen Hirnregionen taufte Marcus Raichle »Default Network«, ein Begriff, der sich als »Leerlauf-Netzwerk« übersetzen lässt. Nach Ansicht von Raichle erfüllt dieses Netzwerk eine Basisfunktion im Hirn, die anspringt, wenn es nicht bewusst nachdenkt, sondern die Gedanken schweifen lässt.

Dass dieses Default Network existiert, ist in der Fachwelt weitgehend anerkannt. Ob es allerdings wirklich einer Art Leerlaufmodus entspricht, wie Raichle im Jahr 2001 skizzierte, ist dagegen hoch umstritten. Die Interpretation der Daten lässt eine Menge Spielraum für Theorien, die ebenso schwer zu widerlegen wie zu beweisen sind.

Um den Leerlaufmodus dingfest zu machen, sagt Vogeley, müsse man erst einmal Informationen darüber haben, was der Proband beim Nichtstun genau erlebe. Fragen ist da keine Option, denn »in dem Moment, wo er sich auf diese Frage konzentriert, ist der Leerlaufzustand ja beendet«. Ein schier unlösbares Dilemma. »Wir zerbrechen uns den Kopf darüber, wie wir diesen Modus beschreiben sollen, ohne ihn zu stören«, klagt der Forscher.

Außer Frage steht, dass das Leerlauf-Netzwerk eine große Bedeutung hat. »Es findet sich bei schlafenden Probanden und bei komatösen Patienten«, erzählt Vogeley. »Sogar Affen haben ein Default Network. Wenn es den Leerlaufmodus wirklich gibt, handelt es sich dabei um ein universelles Funktionsprinzip.« Ein Kollege von Vogeley liefert dafür ein weiteres Argument. »Die Gehirnregionen des Default Network sind trotz ihres hohen Energieverbrauchs ungewöhnlich selten von Schlaganfällen betroffen«, sagt der Neurologe Andreas Kleinschmidt, der in der Pariser Neuroimaging-Einheit des französischen Atomenergiezentrums forscht. »Das hängt damit zusammen, dass diese Hirnareale sehr gut durchblutet sind. Es ist denkbar, dass es sich dabei um einen Schutzmechanismus handelt, der im Laufe der Evolution entstanden ist.« Kurz gesagt: Die Funktion des Leerlaufmodus könnte so wichtig sein, dass er vor einem Ausfall unbedingt bewahrt werden muss.

Doch worin besteht seine Funktion? Forscher aus den unterschiedlichsten Disziplinen haben inzwischen Erklärungsansätze geliefert. Die Grundlage der meisten Modelle ist eine simple Überlegung: Was haben Schlaf, Koma und ziellose Tagträumerei gemeinsam? Immerhin sind es diese drei Zustände, in denen das Leerlauf-Netzwerk seine Aktivität zuverlässig hochfährt. Aus der Sicht des Gehirns zeichnen sie sich alle durch das Fehlen von »Input« aus, von Informationen, die von außen auf das Denkorgan einstürzen und es zwingen, zu reagieren. Pierre Magistretti vom Brain-Mind-Institut in Lausanne zieht daraus den Schluss, dass der Leerlaufmodus eine nach innen gerichtete Aktivität des Gehirns widerspiegelt, einen Zustand, in dem sich das Zentrum des Bewusstseins mit sich selbst beschäftigt. »Das Gehirn ist nicht bloß ein reflexives Organ«, sagt Magistretti. »Da laufen eine Menge Vorgänge ab, die nichts mit äußeren Reizen zu tun haben.«

Dieser Sachverhalt spiegelt sich auch im Energieverbrauch des Gehirns wider: Die Aktivitätssteigerungen, die Hirnforscher bei zielgerichteten Aufgaben messen, sind verschwindend gering. »Das Gehirn beansprucht zwanzig Prozent unseres Energieverbrauchs, obwohl es nur zwei Prozent der Körpermasse stellt«, sagt Magistretti. »Wenn wir gerade eine Aufgabe lösen, verbraucht es zwar noch ein bisschen mehr – im Vergleich zum riesigen Grundbedarf sind diese Differenzen aber sehr klein.«

Wer den Leerlaufmodus allerdings einfach mit dem Grundbedarf des Gehirns gleichsetzt, macht es sich zu einfach. Anders als die normale Grundaktivität läuft das Default Network ja gerade nicht durchgehend, sondern reagiert auf Konzentration mit sinkender Aktivität. Trotzdem zeigte Raichles Entdeckung in der Szene der Hirnforscher Wirkung: Seine Veröffentlichung 2001 hat die Aufmerksamkeit ein wenig von dem Energieverbrauch bei den zielgerichteten Gehirnaktivitäten weggelenkt hin zu den Vorgängen, die sich unterhalb dieses Aktivitätsbereichs abspielen.

Mehrere Untersuchungen deuten darauf hin, dass es einen Zusammenhang zwischen Leerlauf-Netzwerk und Ich-Bewusstsein geben könnte. »Bei Kindern bis zu zehn, zwölf Jahren ist der Default-Modus noch nicht besonders aktiv«, erklärt Magistretti. »Auch bei Alzheimer-Patienten finden wir wenig Leerlaufaktivität. Das ist hochinteressant, weil bei beiden Gruppen das, was wir als Ich-Bewusstsein bezeichnen, nicht im gleichen Maße ausgeprägt ist wie bei gesunden Erwachsenen.«

Auf der Alltagsebene ergibt der Ansatz durchaus Sinn: Solange das Gehirn mit Informationsverarbeitung beschäftigt ist – etwa in einer brenzligen Situation im Straßenverkehr oder während einer wichtigen Klausur –, wäre es gefährlich, die begrenzte Arbeitskapazität auf die Pflege des Bewusstseins zu verwenden. Schweifen die Gedanken ab, könnte das Gehirn mit dem Leerlaufmodus eine Selbstinspektion in Gang setzen. Diese Vorstellung findet auch Vogeley reizvoll. »Wir wissen, welche Regionen des Gehirns aktiv werden, wenn Menschen über sich selbst nachdenken«, sagt er. »Wenn man sich das Default Network anschaut, stellt man fest: Die Bereiche überschneiden sich.«

Vom Leerlaufmodus mag Jan Born dagegen nicht sprechen. Der Neuroendokrinologe beschäftigt sich an der Universität Lübeck mit den Prozessen, die während des Schlafs im menschlichen Gehirn ablaufen. »Es ist ziemlich naiv, zu glauben, dass Menschen, die schlafen oder tagträumen, nichts tun«, sagt er. Für den abgeschotteten Zustand des Gehirns, den Marcus Raichle mit »Default-Modus« beschrieben hat, verwendet der Schlafforscher lieber das Wort »Offline-Modus« – vergleichbar mit einem Computer, der keinen Zugang zum Internet hat und nur auf die Informationen auf seiner Festplatte zugreifen kann.

Doch auch Born hat sich Gedanken zu Raichles Theorie gemacht. »Der Input, den Hör- und Sehsinn uns normalerweise liefern, fehlt im Schlaf vollkommen«, sagt er. »Das bedeutet aber nicht, dass wir deshalb in einen Leerlauf fallen, wenn wir schlafen. Tatsächlich erledigt unser Gehirn in diesen Phasen eine lebensnotwendige Aufgabe: Es käut das wieder, was wir vor dem Einschlafen erlebt haben.« Das tägliche Bombardement an Informationen, erklärt Born, würde das Hirn eigentlich in ein gefährliches Ungleichgewicht stürzen – wenn es nicht Ruhepausen gäbe, in denen es sich selbst überlassen sei. Diese Chance nutze es, um seine Netzwerke aus Nervenzellen neu zu organisieren, das Gelernte zu ordnen und zu verarbeiten.

Dass ein ähnlicher Prozess während des Tagträumens abläuft, hält der Forscher durchaus für möglich. »Eigentlich ist es völlig banal«, sagt er. »Wenn Sie gerade ein spannendes Experiment mit Bildern gemacht haben und eine Pause bekommen, langweilen Sie sich. Und was passiert als Erstes, wenn Sie sich langweilen? Richtig – die Bilder gehen Ihnen noch einmal durch den Kopf.«

Auch wenn bislang nicht geklärt ist, was es genau mit dem Default-Modus des Gehirn auf sich hat – die Beschäftigung mit dem rätselhaften Zustand liefert den Forschern immerhin eine wissenschaftliche Entschuldigung für manchen Brauch des Büro-Alltags. Kai Vogeley zum Beispiel hält es für erwägenswert, »ob man nicht während der Arbeitszeit öfters einen forcierten Zustand des Müßiggangs herbeiführen sollte«.