Albert #2 - Neurowissenschaften by Christian Martin

Euro 8,00 ISSN 2365– 4066

Das Journal der Einstein Stiftung Berlin Nr. 2 – Neurowissenschaften

Das macht Berlin für mich als Unternehmerin so einzigartig: Für jede Fragestellung finde ich hier wissenschaftliche Expertise. www.berlin-sciences.com

Prof. Christine Lang Gründerin und geschäftsführende Gesellschafterin der Organobalance GmbH

Albert Editorial 3

Günter Stock Vorstandsvorsitzender Einstein Stiftung Berlin

Das Gehirn versetzt uns immer wieder in Staunen. Das Nachdenken über seine Vollkommenheit führt direkt zu den großen Fragen des Lebens, so als schauten wir in die Sterne. Das Gehirn ist das Universum in uns – jeder Gedanke, den wir fassen, jede Erinnerung, die wir hervorrufen, jeder Schmerz, den wir verspüren, wird von ihm vermittelt. Und es ist das Gehirn selbst, das es uns ermöglicht, seiner milliardenfach vernetzten Komplexität auf den Grund zu gehen. Doch wo stehen wir heute bei der Erforschung dieses Universums? Um es mit den Worten des Neuropsychiaters und ehemaligen Einstein Visiting Fellows Ray Dolan zu sagen: „Am Fuße des Himalaya – auf einem beschwerlichen Weg zu den Gipfeln der Erkenntnis.“ Wir möchten Sie einladen zu einer Wanderung durch die zerklüftete Bergwelt der Neurowissenschaften. Die zweite Ausgabe von Albert, dem Journal der Einstein Stiftung, widmet sich dem Gehirn und denen, die Tag für Tag versuchen, ihm Antworten abzuringen. Für dieses Heft haben wir mit einigen der führenden Hirnexperten der Stadt gesprochen. Der Neurowissenschaftler Bassem Hassan erklärt uns, wie bei Fruchtfliegen Hirnentwicklung und individuelles Verhalten zusammenhängen, der Psychiater Andreas Heinz, wie sich Flucht und Ausgrenzung auf die Psyche auswirken. Wir begleiten den Hirnchirurgen Peter Vajkoczy in seinem aufreibenden Klinikalltag und erfahren von dem Neurologen Harald Prüß, wie er herausfand, dass der berühmte Berliner Eisbär Knut aufgrund einer seltenen Hirnentzündung starb. In der Reportage „Mensch Maschine“ ab Seite 38 lässt sich unser Autor die Gedanken auslesen und berichtet über Chancen und Gefahren neuer Gehirn-Computer-Schnittstellen, die es immer präziser vermögen, das Universum in unserem Kopf auszukundschaften, um Prothesen zu steuern – oder tödliche Schusswaffen. Forscher gelangen auch immer wieder an unüberwindbare Schluchten, die sie zur Umkehr zwingen oder zu Fehltritten verleiten. Doch darüber schweigt sich der Wissenschaftsbetrieb meist aus. Der Schlaganfallexperte Ulrich Dirnagl fordert in seinem Kommentar ab Seite 36 einen massiven Kulturwandel in der biomedizinischen Forschung, der Raum fürs Scheitern lässt und dieses auch dokumentiert. Albert erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. In Berlin gibt es weitaus mehr exzellente Wissenschaftler und Forschungsprojekte als in dieses Heft passen. Die Stadt entwickelt sich seit der Wende zu einem international beachteten Zentrum der Hirnforschung und knüpft damit an eine große Tradition der Vorkriegszeit an. Heute gibt es hier wieder zahlreiche neurowissenschaftliche Einrichtungen. Einige der innovativsten Techniken zur Erforschung des Gehirns entstehen in Berlin, wie unser Beitrag „Neuro-Tüftler“ ab Seite 18 zeigt, und auf Seite 100 lesen Sie, wie das neu gegründete EinsteinZentrum für Neurowissenschaften dazu beitragen will, all diese Energien zu bündeln. Ich bin mir sicher, dass wir in den nächsten Jahren in Berlin viele spannende Gipfelversuche in den Neurowissenschaften erleben werden. Mit diesem Heft wollen wir zeigen, dass es sich lohnt, sich auf den Weg der Erkenntnis zu begeben. Ich wünsche Ihnen viel Vergnügen bei der Lektüre! 

Editorial Gipfelversuche

Inhalt 24

Innere Schönheiten

Der Kopfkünstler

Bilder aus dem Universum in uns

Experimenteller Philosoph: Jesse Prinz vermittelt zwischen Geist und Gehirn

Das Böse ist kein Hirndefekt Der forensische Psychiater Hans-Ludwig Kröber erkundet das Innenleben von Straftätern

Gut gescheitert? Wissenschaftler verraten, wann Fehler sie vorangebracht haben

Knuts Vermächtnis Harald Prüß fand heraus, woran der Berliner Eisbär gestorben ist

Jäger und Sammler

Neuronenklau

Der Philosoph und der Neurobiologe. Ein Gespräch über Hirn und die Welt

Ein Pathologe stahl Albert Einsteins Gehirn. Die Geschichte einer Odyssee

Neuro-Tüftler

Mehr Scheitern wagen!

Berliner Techniken für die Neurowissenschaften

Ulrich Dirnagl fordert mehr Raum für Fehler in der Forschung

Lost in Translation

Albert fragt …

Warum es so schwierig ist, Erkenntnisse aus dem Labor auf den Menschen zu übertragen

Experten beantworten spannende Hirnfragen – auf den Seiten 29, 35, 49, 73, 87, 95, 101

Magie und Wahrheit Thomas Südhof über die Chancen der Neurowissenschaften

Wie der Nobelpreisträger Eric Kandel Brücken zwischen Wissenschaft und Kunst schlägt

Springer zwischen den Welten

Mensch Maschine Hirnsignale können Computer und Prothesen steuern. Unser Autor hat seine Gedanken lesen lassen

Haben Sie gut gemacht Ein Tag in der Klinik mit dem Neurochirurgen Peter Vajkoczy 4

Noch Fragen?

Der Fliegenmann

Die neurowissenschaftlichen Projekte der Stiftung

Selbst Fruchtfliegen zeigen individuelles Verhalten. Ein Chat mit Bassem Hassan

100

Ich und Du Vittorio Gallese über Verdi-Opern und Empathie im digitalen Zeitalter

Zwei Forscher, eine Stadt

Denk-Zentrum Die Einstein Stiftung eint Berliner Forschungsverbünde

Durch Berlin mit den Einstein Fellows Roarke Horstmeyer und Michiel Remme

Impressum und Bildnachweise Seite 91

Like!

Das große Vergessen Andreas Wenderoth hat seinen Vater auf dem Weg in die Demenz begleitet

Lichtblicke Strategien gegen die Demenz

Soziale Medien sprechen ein uraltes Verhaltensmuster in uns an

Psychiater ohne Grenzen

Zeit ist Hirn Über mobile Erstversorgung und den Stand der Schlaganfallforschung spricht Matthias Endres

Underdog Gliazelle 5

Helmut Kettenmann über die Zellen seines Lebens

Sezierer des Verstandes Oskar und Cécile Vogt leisteten Pionierarbeit für die modernen Neurowissenschaften

Wie sich Flucht und Ausgrenzung auf die Psyche auswirken, erforscht Andreas Heinz

102

107

Berliner Hirne Viele kluge Köpfe haben in Berlin das Gehirn erforscht. Eine Chronik

110

Neuro-Trash Felix Hasler über Neuro-Ehrfurcht und Wissenschaftsdadaismus

Pointillistisches Wurmloch? Bunt gefärbte Nervenzellen der Großhirnrinde wirken wie Farbpunkte vom Pinsel des Neoimpressionisten Paul Signac. Aus der Ferne betrachtet verschwimmen sie zu einer Fläche.

Blick in die Weiten des Universums? Rot und blau eingefĂ¤rbt schweben Neuronen und Zellkerne im Raum wie weit entfernte Sterneninseln mit ausschweifenden Ringgalaxien.

Ein Ozean aus leuchtendem Pyhtoplankton? Die Nervenzellen (magenta) und Zellkerne (blau) eines Mausgehirns erstrahlen wie biolumineszente Algen an der MeeresoberflĂ¤che, dazwischen schimmern filigrane Microglia in GrĂźn.

Ein Mosaik aus Eiskristallen? Menschliche Nierenzellen, deren Zellskelett wie im Frost erstarrt wirkt, dienen Neurowissenschaftlern bei der Erforschung von Neurotransmitterrezeptoren.

Jäger und Sammler Der Philosoph und der Neurobiologe: Michael Pauen und Dietmar Schmitz nähern sich dem Gehirn von ganz unterschiedlichen Seiten. Mit Albert sprachen sie über Geschichte, Gegenwart und Zukunft der Berliner Neurowissenschaften, über temporäre und grundsätzliche Erkenntnisgrenzen sowie spektakuläre Heilungserfolge

Berlin ist seit Langem ein Zentrum für Neurowissenschaften. Man könnte sogar sagen, dass Emil du Bois-Reymond die moderne Hirnforschung in Berlin begründet hat, als er Mitte des 19. Jahrhunderts mit seinem sogenannten Multiplikator zum ersten Mal Ströme im Nervensystem messen konnte. Korbinian Brodmann untersuchte gut 60 Jahre später in Berlin die Zellarchitektur der Großhirnrinde und erarbeitete eine bis heute verwen-

hirns durch Ramón y Cajal und Camillo Golgi zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Das führte dazu, dass in Berlin Wissenschaftler wie Wilhelm von Waldeyer die große Frage debattierten, ob die Nervenzellen durch einen Faserfilz verbunden sind oder ob das Neuron als eine autonome Einheit existiert. Durch die mit einem Nobelpreis gewürdigte Erfindung des Elektronenmikroskops durch den Elektroingenieur Ernst Ruska hier in Berlin konnte das später aufgeklärt werden.

dete Einteilung der verschiedenen Areale. Wilhelm von Waldeyer kreier-

… zugunsten der Neuronentheorie,

te hier den Begriff Neuron, Oskar

die Nervenzellen als einzelne,

und Cécile Vogt leisteten bis zur

in sich abgeschlossene Einheiten

Herr Pauen, was macht für Sie die

Machtübernahme durch die Nazis

versteht.

neurowissenschaftliche Gegenwart in Berlin aus?

im Berliner Kaiser-Wilhelm-Institut Interview Matthias Eckoldt Fotos Nora Heinisch

für Hirnforschung Herausragendes. Die Liste könnte man fortführen. Was bedeutet dieses große historische Erbe für die heutigen Neurowissenschaften in Berlin?

Natürlich wäre Hirnforschung sinnlos, wenn sie nicht über das hinausgehen würde, was vorher gemacht wurde, aber sie baut gleichzeitig auch darauf auf. Gerade für den Standort Berlin sind die Durchbrüche, die hier gelungen sind, Ansporn und Verpflichtung gleichermaßen. Das gilt zuallererst für wissenschaftliche Leistungen, aber auch dafür, über den Tellerrand hinauszublicken. Nehmen Sie den von Ihnen genannten Emil du Bois-Reymond. Der hat nicht nur in seiner Disziplin Großes geleistet, sondern auch als Sekretär der Königlich-Preußischen Akademie der Wissenschaften weit über sein Gebiet hinausgewirkt. Das ist etwas, was auch heute wieder unter dem Stichwort Interdisziplinarität eine große Rolle spielt. PAU E N

Entscheidend für die modernen Neurowissenschaften war aus meiner Sicht die Entdeckung der zellulären Beschaffenheit des GeSCHMITZ

Diese Frage hat in den letzten 50 Jahren weite Bereiche der Neurowissenschaften beschäftigt. Und wenn man dann auf meinen Forschungsbereich schaut, hat sich herausgestellt, dass die Prozesse an der Synapse sogar plastisch sind. Das heißt, dort wird nicht einfach nur anund ausgeschaltet, sondern die Erregung kann beim Übergang von einem Neuron zum anderen viele mögliche Zwischenwerte annehmen. Damit sind wir in einem Parforceritt durch die Geschichte der Neurowissenschaften bereits in der Gegenwart angekommen. SCHMITZ

Genau. Und daraus ergab sich das nächste Problem. Wenn die Neuronen abgeschlossene Einheiten sind, wie kommunizieren sie dann miteinander? Wie sieht die Synapse aus, also wie gestaltet sich der Übergang zwischen einem Neuron und dem nächsten?

SCHMITZ

Die Frage also, wie die Erregung über den sogenannten synaptischen Spalt kommt, den winzig kleinen Raum zwischen Neuronen.

„Wir sollten uns immer im Klaren sein, dass unsere Vorstellungen von dem, was im Gehirn vor sich geht, fehlerhaft und völlig unvollständig sind.“ Michael Pauen

Am auffälligsten scheint mir, dass wir hier eine extrem vielgestaltige Landschaft mit sehr unterschiedlichen Spezialisierungen haben, die aber eng vernetzt sind. Die Forschungseinrichtungen, die sich in Berlin mit den Neurowissenschaften beschäftigen, arbeiten nicht nebeneinanderher, sondern kooperieren sehr erfolgreich auf unterschiedlichsten Ebenen. An genau dieser Stelle setzt ja auch die Einstein Stiftung mit ihrer Förderung ein. Hinzu kommt: Berlin ist nicht isoliert. Berliner Wissenschaftler arbeiten eng mit Kooperationspartnern in der ganzen Welt zusammen. PA U E N

Anders, als noch vor 30 Jahren, als die Stadt geteilt war … PAU E N Das ist wohl wahr. Heute haben wir einen Standortvorteil in Berlin, weil viele Leute sehr gern in die Stadt kommen. Ein beachtlicher Prozentsatz der Menschen, die heute hier leben, ist nicht in Berlin geboren. Das heißt, bestimmte Verkrustungen, die es in anderen Städten gibt, werden Sie hier nicht finden. Dadurch ist Berlin aber auch nicht unbedingt attraktiv für Leute, die ihren alltäglichen Trott ↘

brauchen. Wer nicht nach neuen Wegen sucht, findet morgens angesichts ständig wechselnder Baustellen noch nicht einmal den Weg zur Arbeit. Diese Offenheit für Neues schlägt sich in sehr produktiver Weise in den Wissenschaften nieder. Und wo liegen aus Ihrer Sicht die Stärken der Berliner Neurowissenschaften, Herr Schmitz?

Dass wir hier besonders breit aufgestellt sind und gerne miteinander kooperieren – auf verschiedenen Ebenen. Bei der Erforschung der Vorgänge an den Synapsen gibt es viele herausragende Wissenschaftler in der Stadt. Zugleich versucht man aber auch eine Ebene höher zu kommen. Also zu der Verbindung von Zelle zu Zelle. Da hat sich – besonders durch das Bernstein Center für Computational Neuroscience und den Exzellenzcluster NeuroCure – viel getan. Da sind tolle Wissenschaftler nach Berlin geholt worden, zum großen Teil über eingeworbene ForSCHMITZ

schungsgelder. Vielleicht ist das auch so eine Besonderheit für Berlin, dass sich viele Forschergruppen eingeworbene Mittel nicht selbst in die Tasche stecken, sondern in Köpfe investieren und spannende Leute berufen, die hervorragende Techniken mitbringen oder hier vor Ort etablieren (siehe dazu den Beitrag „Neuro-Tüftler“ ab Seite 18). Beispielsweise optogenetische Untersuchungsmethoden, mit denen es gelingt, durch bestimmte Lichtreize Gene anund auszuschalten. Damit eröffnen sich Möglichkeiten, in den Kern molekularer Vorgänge in den Nervenzellen vorzustoßen. In der Forschungslandschaft der Stadt sind solche Forschungen immer eingebunden in Kooperationen mit vielen anderen Disziplinen. Es leuchtet ein, dass bei einem Großprojekt wie der Erforschung des Gehirns alle Kräfte gebündelt werden müssen. In der Praxis scheitert die Interdisziplinarität jedoch oft an Verständnisproblemen oder institutionellen Hürden …

Das stimmt sicher. Umso glücklicher sind wir, dass uns in Berlin Interdisziplinarität ein ums andere Mal glückt. Ein Beispiel ist ein Projekt, das interessanterweise in der Klinik begonnen hat, nicht im Labor. Dabei ging es im ersten Fall um eine etwa 45-jährige Patientin, die unter auditorischen Halluzinationen in Verbindung mit einer bereits ausgeprägten Demenz litt. Dieser Fall warf viele Fragen auf, es gab weder eine Diagnose noch eine Behandlungsmöglichkeit. Eine Berliner Arbeitsgruppe unter Leitung von Harald Prüß hat dann gefunden, dass auch andere Patienten Antikörper gegen jene körpereigenen Eiweiße bilden, die eine wichtige Rolle für die synaptischen Vorgänge spielen. Diese Antikörper haben wir dann in Zusammenarbeit mit weiteren Arbeitsgruppen untersucht und konnten deren Wirkweise erklären. Daraufhin wurde ein Verfahren entwickelt, das die Antikörper aus dem Organismus entfernt und den Zustand der Patienten wesentlich verbessert. In einigen Fällen gab es sogar SCHMITZ

eine 100-prozentige Heilung. Daran waren Psychiatrie, Neurologie und verschiedene Disziplinen der Grundlagenforschung direkt beteiligt. Das ist nur ein Beispiel von vielen und in der Zwischenzeit konnten viele Patienten mit solch einer Erkrankung – NMDAR-Enzephalitis – diagnostiziert und behandelt werden (siehe dazu „Knuts Vermächtnis“ ab Seite 30).

wurden möglich durch eine interdisziplinäre Kooperation von Hirnforschung und Philosophie. Für einen groben Überblick der Neurowissenschaften kann man sie in drei Ebenen aufteilen. Auf der untersten Ebene steht die molekulare Forschung, die der Frage nachgeht, was sich im und am Neuron tut. Hier sind wohl die größten Erfolge

Funktioniert die Interdisziplinari-

zu verbuchen. Die obere Ebene

tät auch zwischen Natur- und

dagegen untersucht, an welchen

Geisteswissenschaft, Herr Pauen?

Orten im Gehirn welche Funktionen

Sie sitzen ja als Philosophiepro-

auf welche Weise geleistet werden.

fessor an der Berlin School of Mind

Hier gibt es mehr Fragen als Antwor-

and Brain an einer der zentralen

ten. Das hängt unter anderem

Schnittstellen der Hirnforschung

damit zusammen, dass die mittlere

in Berlin.

Ebene als Vermittlungsinstanz zwischen unterer und oberer Ebene

Vor etwa zehn Jahren gab es eine hitzig geführte Debatte darüber, dass der Mensch angeblich keinen freien Willen habe. Ausgangspunkt dafür waren bereits damals über 20 Jahre alte Experimente, aus denen einige renommierte Hirnforscher problematische Schlussfolgerungen zogen, eben weil es diese Kooperation zwischen den Fakultäten da noch nicht gab. Heute haben wir die Möglichkeit, bei Mind and Brain ebenso wie im Bernstein Center in intensiver Zusammenarbeit zwischen Neurowissenschaftlern und Philosophen überhaupt erst einmal einen sinnvollen Begriff von Handlungsfreiheit und freiem Willen zu gewinnen. Auf dieser Grundlage werden dann Experimente entworfen. Bei einem dieser Experimente konnte gezeigt werden, dass man eine bereits geplante Handlung bis direkt vor der Ausführung immer noch abbrechen kann. PAU E N

Albert Jäger und Sammler

Damit war die Idee des freien Willens gerettet …

… ewige Wahrheiten gibt es in der Wissenschaft nicht, aber die Experimente sprechen dafür. Und sie PA U E N

noch weitgehend im Dunkeln liegt. Darüber, wie größere Gruppen von Neuronen auf der Netzwerkebene zusammenarbeiten, existieren bestenfalls plausible Vermutungen. Insofern forschen Sie, Herr Schmitz, eher auf gesichertem Terrain.

Es stimmt, dass wir im Verständnis der Prozesse auf molekular-zellulärer Ebene am weitesten sind. Da sind gerade in den letzten zwei, drei Jahrzehnten unglaubliche Fortschritte gemacht worden. Auf SCHMITZ

„Letztlich wissen wir nicht einmal, welche Daten wir brauchen, um höhere Hirnfunktionen zu verstehen – das ist mit Jägern und Sammlern gut ausgedrückt.“ Dietmar Schmitz

der mittleren Ebene fehlt tatsächlich sehr viel, eine wichtige Frage lautet: Wie sind Nervenzellen in Verbünden oder Netzwerken exakt miteinander verschaltet, sowohl lokal als auch zwischen Hirnarealen? Da gab es bis vor Kurzem nicht einmal die richtigen Techniken, um überhaupt an Datenmaterial zu kommen. Hier gibt es noch viel zu tun. Die reichhaltigen Kenntnisse, die man auf der zellulären Ebene hat, in ein allgemeines Verständnis von Netzwerken zu integrieren, scheitert schlicht auch an der Komplexität. Das am weitesten fortgeschrittene und, ↘ PAU E N

tätsgrad als die Sache hat, die man verstehen möchte. Gibt es aus Ihrer Sicht überhaupt Mittel und Wege, das Gehirn als Einheit zu verstehen?

Das von der EU mit der geradezu märchenhaften Summe von einer Milliarde Euro gefördert wurde.

Die haben dort einen Supercomputer genutzt, um eine kleine Einheit des Rattengehirns zu simulieren, und haben verkündet, dass sie das auf das menschliche Gehirn übertragen wollen. Nur: Wenn sie allein für diese kleine Einheit bereits einen Supercomputer brauchen, der unvorstellbare 1.000 Milliarden Operationen pro Sekunde leistet, wird das Problem rasch deutlich, denn der Mensch verfügt über eine Million dieser Einheiten. Außerdem könnte man die Untersuchungen schon aus ethischen Gründen nicht durchführen, denn man kann in das Gehirn eines lebenden Menschen nicht einfach eingreifen. PA U E N

Wir haben ja unser Gespräch mit der Geschichte der Neurowissenschaften begonnen. Wenn man auf frühere Perioden des Fachs zurückblickt, sieht man sehr schön, wie begrenzt das jeweilige Verständnis war, weil bestimmte Techniken und Einsichten noch fehlten. Wir sollten uns immer im Klaren sein, dass dasselbe auch für uns gilt. Das heißt, dass uns nicht nur Daten fehlen, sondern dass unsere Vorstellungen von dem, was im Gehirn vor sich geht, fehlerhaft und völlig unvollständig sind. Wenn man sich das klarmacht, sollte man vorläufig keine Vermutungen darüber anstellen, ab wann das Gehirn als verstanden gelten kann. PAU E N

Dementsprechend hieß es ja auch im „Manifest führender Neurowissenschaftler über Gegenwart und

Damit sind wir bei einer philoso-

Zukunft der Hirnforschung“ von

phisch eminent wichtigen Kategorie,

2004, dass die Hirnforscher sich

der des Verstehens. Diese führt

allenfalls auf dem Stand von

beim Hirn in eine Paradoxie, da

Jägern und Sammlern befinden.

←Michael Pauen ist Professor am Institut für Philosophie der HumboldtUniversität zu Berlin und Sprecher der Berlin School of Mind and Brain. Er beschäftigt sich mit der Philosophie des Geistes und mit Kulturphilosophie. Zuletzt ist sein Buch „Die Natur des Geistes“ erschienen (S. Fischer, 2016 ), in dem er der Frage nachgeht, ob das Bewusstsein erklärt werden kann. →Dietmar Schmitz ist Einstein-Professor für Zelluläre und Molekulare Neurobiologie und Direktor des Neurowissenschaftlichen Forschungszentrums an der Charité. Sein Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung physiologischer und pathophysiologischer Mechanismen der synaptischen Transmission und Plastizität sowie der neuronalen Netzwerkaktivität. Er ist Sprecher des neu gegründeten Einstein-Zentrums für Neurowissenschaften.

Albert Jäger und Sammler

wie sich immer mehr herausstellt, problematischste Projekt in dieser Richtung ist das Human Brain Project in Lausanne.

man ja nur das Gehirn hat, um das Gehirn zu verstehen. Zum Verständnis einer Sache braucht man jedoch einen höheren Komplexi-

„Albert Einstein könnte uns da ein gutes Vorbild sein. Er hat Dinge hinterfragt, die als unumstößliche Gesetze galten.“ Dietmar Schmitz

Genau. Zunächst muss man aber feststellen, dass der Begriff des Verstehens nicht klar definiert werden kann, was auch in der Philosophie immer wieder diskutiert wird. In der Physik, Mathematik und insbesondere den Ingenieurwissenschaften könnte man mit diesem Wort arbeiten, sobald man ein Modell rechnen kann oder eine Maschine baut, die repetitiv, reliabel sowie präzise eine Funktion ausführen kann. In der Hirnforschung könnte man die Funktion solch einer Maschine etwa mit dem Verhalten gleichsetzen, aber wir sind weit davon entfernt, den Zusammenhang zwischen Maschine und Funktion zu verstehen. Konkret gesagt, ↘ SCHMITZ

„Für ein wissenschaftliches Verständnis geistiger Prozesse müssen wir zunächst einmal wissen, was jemand fühlt und denkt.“ Michael Pauen wir wissen fast bis in die atomare Ebene hinein, wie die Proteine im Gehirn zusammenkommen und den entsprechenden Transmitter freisetzen. Auf der anderen Seite der Synapse geht dann ein Ionenkanal auf, durch den kleinste Strömchen hindurchfließen – 10 hoch minus 15 Ampere, das sind 14 Nullen hinter dem Komma. Das haben wir – würde ich sagen – relativ gut verstanden. Aber deswegen haben wir noch lange nicht höhere Hirnfunktionen wie etwa das Gedächtnis begriffen. Letztlich wissen wir nicht einmal, welche Daten wir dafür brauchen – und das ist mit Jä-

gern und Sammlern gut ausgedrückt. Albert Einstein könnte uns da ein gutes Vorbild sein. Der hat seine fantastischen Ergebnisse letztlich dadurch erzielt, dass er einen Schritt zurückgetreten ist und Dinge hinterfragt hat, die als unumstößliche Gesetze galten. So jemanden bräuchten wir. Womit wir wieder bei der Historie wären. Ich würde aber gern noch einmal auf die Gegenwart zu sprechen kommen. Mit welchen Fragen beschäftigen Sie, Herr Schmitz, sich im Exzellenzcluster NeuroCure derzeit?

Mit der Analyse von Hirnfunktionen und der Entstehung von Krankheiten des Gehirns. Wir konzentrieren uns nicht auf eine Krankheit allein, sondern verfolgen im Gegenteil die Hypothese, dass Symptome bei vielen neurologischen und psychiatrischen Krankheiten mit ähnlichen Mechanismen einhergehen. Langfristig hegen wir die Erwartung, sowohl diagnostische als auch therapeutische Möglichkeiten aus unseren Forschungen zu entwickeln. Für dieses Projekt ist die Zusammenarbeit grundlagenwissenschaftlicher Arbeitsgruppen mit den Kliniken immens wichtig. Hoffnungsvoll stimmt mich, dass auch hier ein ziemlich festgefügtes Paradigma zu kippen scheint. Bislang hat man angenommen, dass eine Entwicklungsstörung im Gehirn, die zu einer Behinderung führt, unumkehrbar ist. Wir haben erste Anzeichen gefunden, die dieser Forschungsmeinung widersprechen. SCHMITZ

Möglicherweise kann man auch im Alter Entwicklungsstörungen auf molekularer und genetischer Ebene noch therapieren. Aber da ist es noch zu früh für Erfolgsmeldungen. Wie sieht Ihre Forschungsgegenwart aus, Herr Pauen?

Ich arbeite gewissermaßen am anderen Ende der Gehirnvorgänge. Lange Zeit ist man davon ausgegangen, dass man über bewusste Empfindungen nur in der sogenannten Ersten-Person-Perspektive etwas sagen kann: Nur ich selbst weiß, wie es ist, einen Schmerz zu empfinden oder eine Farbe zu sehen. Wenn dem so wäre, könnte man über Empfindungen aus der Dritten-Person-Perspektive der Wissenschaft nur bedingt etwas aussagen. Wir wären also nicht imstande, eine wissenschaftliche Erklärung der natürlichen Grundlagen des Bewusstseins zu geben. Wir versuchen gerade in Zusammenarbeit mit Philosophiehistorikern, Neurowissenschaftlern, Psychologen, Neurologen und Psychiatern die Grenze der Erkenntnis in diesem Bereich auszukundschaften. Bis zu welchem Grad kann die Naturwissenschaft sinnvolle objektive Aussagen über subjektive Empfindungen treffen? PAU E N

Albert Jäger und Sammler

Auch hier sind wir wieder bei der Vergangenheit – Emil du BoisReymond behauptete mit seinem sogenannten Ignorabimus-Argument, dass die Wissenschaft nie herausfinden wird, wie es sich anfühlt, die Farbe Rot zu empfinden.

Genau das ist unsere Frage. Hatte Emil du Bois-Reymond da wirklich recht? Wir benötigen ein wissenschaftliches Verständnis geistiger Prozesse. Und dazu müssen wir zunächst einmal wissen, was jemand fühlt und denkt. Das ist schon für Psychiater PA U E N

„Bislang hat man angenommen, dass eine Entwicklungsstörung im Gehirn, die zu einer Behinderung führt, unumkehrbar ist. Wir haben erste Anzeichen gefunden, die dieser Forschungsmeinung widersprechen.“ Dietmar Schmitz

Wir sind schon ziemlich weit in der Zusammenarbeit der verschiedenen Bereiche und Initiativen, die sich mit Neurowissenschaften beschäftigen. Gleichwohl sehe ich noch Luft nach oben. Und je enger man die einzelnen Projekte miteinander koordiniert, desto besser ist das für die gesamte Forschergemeinde. Im gerade neu gegründeten EinsteinZentrum für Neurowissenschaften versuchen wir die Doktorandenausbildung zwischen all den unterschiedlichen Neuro-Initiativen zu koordinieren. Das ist so eine Baustelle, bei der durch noch mehr Vernetzung und Synchronisation große Verbesserungen erzielt werden können. PAU E N

Ich denke, wir müssen in Berlin auch über die Neurowissenschaften hinausgehen. Beispielsweise könnten wir viel erreichen, wenn wir den Zusammenhang von neurowissenschaftlichem und immunologischem System untersuchen würden. Da gibt es vieles, was wir noch gar nicht verstehen. Warum bilden sich überhaupt bestimmte Antikörper, die dann auf die synaptische Aktivität Einfluss nehmen? Wie wirken diese? Übersehen wir kritische Krankheitsmechanismen genau an dieser Schnittstelle? Solche fächerübergreifenden Fragen stellen und in einer sinnvollen Weise bearbeiten zu können, das wäre eine Zukunftsvision, die einem Wissenschaftsstandort wie Berlin angemessen wäre. 

SCHMITZ

enorm wichtig, die sich ein objektives Bild von den psychischen Störungen seines Patienten machen müssen. Und dieses Bild kann von den Angaben des Patienten abweichen. Dasselbe Problem stellt sich, wenn man mit neurowissenschaftlichen Methoden zu bestimmen versucht, in welchem mentalen Zustand sich ein Proband befindet. Spannend ist auch die Frage, ob es Fälle gibt, in denen sich der Proband selbst über seinen inneren Zustand täuscht. Wenn man das mit naturwissenschaftlichen Methoden bestimmen könnte, wüsste man gewissermaßen mehr über den inneren Zustand der Person als diese selbst. Es gibt hierfür eine Reihe von Indizien, zum Beispiel aus der Psychologie. Werfen wir noch einen Blick in die Zukunft – was wünschen Sie sich für den Neurostandort Berlin?

Der Berliner Philosoph und Autor Matthias Eckoldt veröffentlicht Fachbücher und Essays über das Gehirn. Zuletzt erschien von ihm „Eine kurze Geschichte von Gehirn und Geist: Woher wir wissen, wie wir fühlen und denken“ (Pantheon Verlag, 2016) sowie mit Randolf Menzel „Die Intelligenz der Bienen“ (Albrecht Knaus, 2016). Für seine Arbeit wurde Eckoldt unter anderem mit dem idw-Preis für Wissenschaftsjournalismus ausgezeichnet.

Neuro-Tüftler Berliner Neurowissenschaftler entwickeln und optimieren wegweisende Techniken für die Hirnforschung

Revolutionäre Lichtschalter: Optogenetik Der Chemiker Peter Hegemann von der Humboldt-Universität zu Berlin hat den Grundstein für die Optogenetik gelegt, die eine Revolution in den Neurowissenschaften in Gang gesetzt hat. Über lange Zeit mussten Hirnfor-

scher sich mit dem Beobachten von Vorgängen in der Denkzentrale begnügen. Das änderte sich schlagartig 2002 mit einer Entdeckung des Chemikers Peter Hegemann. Gemeinsam mit Kollegen stieß Hegemann auf ein lichtempfindliches Protein einer Zelle in einer Grünalge. Die Entdeckung wurde schon kurze Zeit später begeistert von Neurowissenschaftlern aufgegriffen. Denn mithilfe von Viren lassen

in Gang gesetzt. Forscher können Neuronen seither so einfach und präzise wie nie zuvor beeinflussen. Beispielsweise kann man bei einem Fadenwurm für die Bewegungssteuerung zuständige Nervenzellen mit einem blauen Lichtblitz anregen und mit einem gelben hemmen. Unter blauem Licht zappelt der Fadenwurm munter herum, unter gelbem Licht erstarrt er. So lässt sich die Funktion der verantwortlichen Nervenzellen viel gezielter untersuchen als durch bloßes Beobachten. Die Gene für die molekularen „Lichtschalter“, die von Neurowissenschaftlern weltweit verwendet werden, kommen häufig von Peter Hegemann aus Berlin. Sein interdisziplinäres Team ist Teil des Forschungsverbunds „Protein-based photoswitches as optogenetic tools“. Gemeinsam mit einer Forschungsgruppe um den Chemiker Joachim Heberle von der Freien Universität Berlin studieren die Berliner Forscher die Struktur und Funktion ihrer „Lichtschalter“ und erweitern beständig den optogenetischen Instrumentenkasten.

Schnappschuss im Eisfach: „Flash-and-freeze“– Elektronenmikroskopie Der Neurowissenschaftler Christian Rosenmund von der Charité lässt Nervenzellen

sich Bauanleitungen der Proteine in den genetischen Bauplan von Nervenzellen einschleusen. Einmal in die Zellmembran der Neuronen eingebaut, braucht nur noch Licht der richtigen Wellenlänge auf die Proteine zu fallen und schon lassen sie elektrisch geladene Teilchen ins Innere der Zelle strömen: Die Nervenzelle wird je nach Protein elektrisch erregt oder gehemmt. Die Optogenetik, eine Fusion von Optik und Genetik, war damit geboren und eine Revolution in den Neurowissenschaften

schockgefrieren, um so in Schnappschüssen ihre Funktionsweise studieren zu können. Das

Labor von Christian Rosenmund birgt einen Fotoapparat der besonderen Art: Mit Licht aktivieren die Wissenschaftler zunächst eine Nervenzelle in der Petrischale. In einem zweiten Schritt schockgefriert ein Hochdruckgefriergerät die Nervenzelle unter hohem Druck und mithilfe von flüssigem Stickstoff. Die zellulären Strukturen und Prozesse erstarren innerhalb von Millisekunden. Das Ergebnis ist ein

Schnappschuss, den die Forscher in aller Ruhe unter einem Elektronenmikroskop studieren können. Diese Kombination von Optogenetik und Schockgefrieren konnte man ursprünglich nur bei Zellen von Fadenwürmern anwenden.

Blick in lebende Neuronen: In-vivo-Ganzzellableitungen Der Neurobiologe Michael Brecht vom Bernstein Center for Computational Neuroscience Berlin hat eine Technik mitentwickelt, mit der sich einzelne Nervenzellen bei sich frei bewegenden Tieren belauschen lassen. Möchte man

Text Christian Wolf Illustrationen Lizzy Onk 19

Doch die Berliner Forscher um Christian Rosenmund haben die Technik weiterentwickelt. Nun können sie auch Synapsen von Säugetieren untersuchen, also die Kontaktstellen, über die Nervenzellen miteinander kommunizieren. „Die Technik ermöglichst es uns, Schnappschüsse von Synapsen mit Millisekundengenauigkeit zu machen, während sie Signale übertragen“, sagt Rosenmund. Sein Team konnte zeigen, dass die Verpackungseinheiten, über die Nervenzellen ihre Botenstoffe zur Kommunikation freisetzen, innerhalb von wenigen hundertstel Sekunden wiederverwendet werden – und damit viel schneller, als man zuvor vermutet hatte. Rosenmund hat weitreichende Pläne für die Zukunft. „Die Technik lässt sich auch in anderen Bereichen der Biologie einsetzen, in denen sich Strukturen dynamisch ändern, beispielsweise bei Muskelkontraktionen. Auch wollen wir die Zeitauflösung weiter verbessern, um noch schnellere Prozesse einfangen zu können.“

einen detaillierten Einblick in die elektrische Aktivität von Nervenzellen bekommen, muss man die Zelle selbst unter die Lupe nehmen. Dafür nähert man eine gläserne Messpipette vorsichtig an. Hat man eine stabile Verbindung zwischen Zelle und Pipette, saugt man diese an, sodass sich die Zellmembran an dieser Stelle etwas ausbeult. Infolge des Unterdrucks sitzt das Glas so fest auf der Membran, dass der kleine Membranabschnitt innerhalb der Pipette vom Rest der Membran elektrisch isoliert ist. Mit einem speziellen Messgerät lassen sich nun die elektrischen Ströme der Zelle mes-

sen. Solche klassischen Ganzzellableitungen waren bis 2006 nur an Hirnschnitten toter Tiere möglich. „Wir haben daraufhin die Ganzzellableitung erfolgreich auf Miniaturgröße gebracht“, sagt Brecht. „So können wir sie auch bei Tieren anwenden, die sich frei bewegen.“ ↘

Impulse für ParkinsonPatienten: Tiefe Hirnstimulation Die Neurologin Andrea Kühn von der Charité arbeitet daran, einen Hirnschrittmacher individuell auf Patienten mit Parkinson zuzuschneiden. Bewegungsstörungen wie Morbus

Parkinson sind Netzwerkerkrankungen des Gehirns. Dabei ist der Informationsfluss zwischen verschiedenen Hirnregionen gestört, darunter die Basalganglien tief im Gehirn, die für Bewegungsabläufe eine wichtige Rolle spielen. Bei Parkinson etwa ist ein bestimmtes Gebiet der Basalganglien überaktiv. Es liegt wie ein bleiernes Gewicht auf der hirninternen Bremse, indem es Areale stimuliert, die hemmend auf Bewegungszentren wirken. So kommt es zur krankhaft verlangsamten Motorik der Parkinsonpatienten. Die tiefe Hirnstimulation ist bei Parkinsonpatienten als Therapie schon seit Jahrzehnten im Einsatz. Dem Patienten wird operativ eine dünne Elektrode ins Gehirn eingesetzt. Über einen Stimulator können dann elektrische Impulse vergleichbar mit einem Herzschrittmacher direkt in die Zielregion geleitet werden, um deren aus dem Gleichgewicht geratene Aktivität zu beeinflussen. Die elektrischen Impulse drosseln die überaktive

Hirnstruktur, und die Betroffenen haben wieder mehr Kontrolle über ihre Bewegungen. Die Neurologin Andrea Kühn, Leiterin der Sektion Bewegungsstörungen und Neuromodulation an der Berliner Charité, arbeitet seit Jahren daran, das gängige Verfahren zu verbessern. Das ist

auch eines der Ziele des von der DFG und der Charité geförderten Forschungsverbunds „Tiefe Hirnstimulation“, dem Kühn vorsteht. Die Forscherin widmet sich vor allem der rhythmischen Aktivität von Neuronen, gewissermaßen dem Code, in dem Nervenzellen miteinander kommunizieren. „Wir möchten in Erfahrung bringen, welche Veränderungen in der Kommunikation bei Erkrankungen wie Parkinson auftreten und wie sie durch die Stimulation beeinflusst werden.“ Das Ziel: „Einen Hirnstimulator zu entwickeln, der die neuronalen Signale aus der Tiefe des Gehirns des jeweiligen Patienten auswertet und sich daran anpasst.“ Herkömmliche Geräte geben Impulse an die anvisierten Hirnregionen in den Basalganglien immer mit der gleichen Frequenz ab, unabhängig davon, wie es dem Patienten gerade geht. „Die Idee ist nun, diese Aktivität der Basalganglien kontinuierlich zu messen und immer, wenn sie zu stark ist, über die tiefe Hirnstimulation herunterzuregulieren.“ 

Albert Neuro-Tüftler

Der Messaufbau befindet sich nun auf dem Kopf des lebenden Tiers. „Wir haben die Pipette mit schnell härtendem Kunststoff auf dem Schädel einzementiert, um sie relativ zur Zelle stabil zu halten.“ Brecht ergründet in Berlin mit der Technik unter anderem die räumliche Gedächtnisbildung auf Zellebene. Sogenannte Platzzellen feuern immer dann, wenn sich ein Lebewesen an einem bestimmten Punkt im Raum befindet. „Mit unseren In-vivo-Ganzzellableitungen konnten wir zeigen, dass Platzzellen schon nach wenigen Sekunden in einer neuen Umgebung stabile räumliche Aktivitätsmuster zeigen. Das heißt, das Gehirn entwirft in Sekundenschnelle eine mentale Karte der Umwelt.“ Brecht und seine Kollegen arbeiten stetig daran, ihre Technik weiterzuentwickeln. Ein Ziel des Teams: Die Platzzellen direkt nach der Messung anzufärben, um herauszufinden, wie die noch weitgehend unbekannten Zellen von ihrer Struktur her im Detail aussehen.

Albert fragt …

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Das Gehirn wirft viele Fragen auf. Hier beantworten Berliner Neurowissenschaftler einige der spannendsten

Warum träumen wir? Aufgezeichnet von Ragnar Vogt 21

Träumen ist wie Wachsein, nur die Augen sind dabei geschlossen und unsere Muskeln blockiert. Das Gehirn ist genauso aktiv wie im wachen Zustand. Warum ist das so? Der Traumschlaf – auch REMSchlaf genannt – ist ein sehr wichtiges Schlafstadium. Es gibt die Theorie, dass in unser Gehirn nur die Informationen von 16 Stunden an Erlebtem passen. Danach müssen die Erfahrungen, Sinneseindrücke, Emotionen verarbeitet werden. Sie werden sortiert, manche gespeichert, andere verworfen oder modifiziert. Das passiert alles im Traumschlaf. Davon bekommt unser Bewusstsein einen Teil mit, und das empfinden wir als Träumen. Die Bedeutung des Traumschlafs für unser Gedächtnis können wir ausnutzen. Wenn wir etwa

etwas besonders Schönes erleben, vielleicht im Urlaub, dann sollten wir früh schlafen gehen, keinen Alkohol trinken. So stellen wir sicher, dass diese schöne Erinnerung sich festsetzt. Auch wenn wir lernen, sollten wir uns danach bald schlafen legen. Sie können dabei einen Trick anwenden: Hören Sie beim Lernen Musik, zum Beispiel Mozart, und spielen Sie genau diese Musik dann auch beim Schlafen leise ab. Damit provozieren Sie gezielt den Lernprozess.

Ingo Fietze leitet das Schlafmedizinische Zentrum der Charité. Er erforscht die Behandlung von Krankheiten wie Narkolepsie oder Schlafstörungen. 2015 erschien sein Buch „Über guten und schlechten Schlaf“ (Kein & Aber).

Magie und Wahrheit Der Biochemiker und Nobelpreisträger Thomas Südhof über seine Berliner Forschung, die Chancen der Neurowissenschaften und die erstaunliche Vollkommenheit unserer Hirnprozesse

Aufgezeichnet von Mirco Lomoth Foto Pablo Castagnola 23

Wenn zwei Nervenzellen im Gehirn miteinander kommunizieren, sorgt ein biochemischer Transmitter dafür, dass Informationen von einer Synapse an die andere übertragen werden. Das ist ähnlich wie in der Kommunikation zwischen zwei Menschen mittels Sprache. In beiden Fällen müssen Sender und Empfänger zeitlich und räumlich präzise aufeinander abgestimmt sein, damit die Botschaft Sinn ergibt. Wir beschäftigten uns in unserer Forschung ursprünglich mit dem Senden der Botschaft, also mit der Freisetzung des Neurotransmitters: Wie verläuft dieser Prozess und wie wird er zwischen den Synapsen orchestriert? An diesen Fragen arbeiten wir teilweise heute noch und wir kollaborieren dabei mit dem Labor von Christian Rosenmund an der Charité, das eine geniale Methode entwickelt hat: Die Synapsen werden innerhalb von Mikrosekunden schockgefroren und so in Zeit und Raum fixiert. Damit

„Manches haben wir verstanden, aber vieles wirkt auf uns noch immer wie Magie.“ wird es möglich, die Veränderungen zu beobachten, die sich im Verlaufe der Informationsübertragung in der Synapsen-Architektur vollziehen (siehe dazu „Schnappschuss im Eisfach“ ab Seite 18). Als Menschen stehen wir mit offenem Mund vor der Komplexität biologischer Prozesse. Ich bin immer wieder erstaunt, wenn ich die unglaubliche Vollkommenheit beobachte, mit der sie funktionieren. Wie ist es möglich, dass sie jedes Mal mit derselben Präzision ablaufen? Ich denke, dieses Gefühl begleitet jeden, der in

der Biologie arbeitet. Manches haben wir verstanden, aber vieles wirkt auf uns noch immer wie Magie. Die Chancen der Neurowissenschaften für die Zukunft sind irrsinnig groß, weil die Instrumente immer leistungsstärker werden und sich damit viel mehr entdecken lässt als je zuvor. Außerdem wird diese Disziplin zu einem immer wichtigeren Zweig der biomedizinischen Forschung. Das liegt vor allem an der Erkenntnis, dass sehr viele Krankheiten ihren Ursprung im Gehirn haben. Andererseits machen sich auch Grenzen bemerkbar, weil die Sicht auf die Wissenschaft längst nicht mehr so positiv ist wie früher. Zwar nutzen wir alle die Früchte der Wissenschaft – Handys, Autos, Medikamente –, und doch herrscht ein zusehendes Misstrauen gegenüber dem wissenschaftlichen Denken. Es liegt an uns Wissenschaftlern, die Öffentlichkeit davon zu überzeugen, dass die Wissenschaft ein Wert an sich ist, von dem die Gesellschaft selbst dann profitiert, wenn sie einmal kein unmittelbares Ergebnis daraus ergibt. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die begrenzten finanziellen Mittel für die Forschung künftig so einzusetzen, dass wir die realen Chancen der Neurowissenschaften ausnutzen. Das gilt sowohl für die Forschung, die zu Krankheitserkennung und -behandlung beitragen kann, als auch für die Grundlagenforschung, die Erkenntnisfortschritte bringt. Die anwendungsbezogene Forschung könnte sogar überwiegen, allerdings nur solange sie nicht nach dem Modell geplant wird: Das ist die Krankheit, und die heilen wir jetzt. Denn selbst Krankheiten mit klarem monogenetischen Ursprung wie Huntington – eine seltene vererbbare Krankheit des Gehirns – verstehen wir noch nicht einmal ansatzweise. Deshalb sollten wir bei der Untersuchung der Krankheitsprozesse ansetzen, statt von Anfang an auf die Entwicklung

von Therapien abzuzielen. Ein Neurowissenschaftler ist nun einmal kein Ingenieur, der ein Produkt plant. Für mich besteht die gesellschaftliche Verantwortung von Wissenschaftlern darin, die Wahrheit herauszufinden, nicht einen möglichst großen Teil vom Geld-Kuchen abzubekommen. Wir sollten uns gelegentlich eingeste-

„Es herrscht ein zusehendes Misstrauen gegenüber dem wissenschaftlichen Denken.“ hen, dass wir etwas nicht wissen, oder den Mut haben, Kollegen zu widersprechen. Wissenschaft beruht darauf, dass man sich streitet und an einem gewissen Punkt darauf einigt, was wahr ist, um von dort aus weiterzumachen. Wie viele Wissenschaftler möchte ich zu Forschungsergebnissen beitragen, die der Menschheit nützen. Aber ich bin genauso fasziniert von der Tatsache, dass mein Gehirn – die Gesamtheit meiner Erfahrungen, Gedanken, Gefühle und Ideen – mich zu dem macht, was mich als Individuum definiert. Ich glaube, wir werden das alles in naher Zukunft nicht begreifen. Aber das Schöne ist, dass schon kleinste Erkenntnisse dazu beitragen, dass wir ein wenig besser verstehen, wer wir als Menschen sind.  Thomas Südhof ist Einstein BIH Visiting Fellow am Rosenmund Lab an der Charité, wo er den Einfluss spezifischer Gene und Moleküle auf die Architektur von Synapsen im Prozess der Informationsübertragung untersucht. Gemeinsam mit James Rothman und Randy Schekman erhielt er 2013 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für grundlegende Erkenntnisse zum Transportsystem menschlicher Zellen. Seit 2008 ist er Professor für Zellphysiologie an der kalifornischen Stanford University.

Fotos Pablo Castagnola Text Martin Kaluza

Der KopfkĂźnstler Der Philosoph Jesse Prinz vermittelt zwischen Geist und Gehirn â&#x20AC;&#x201C; und verbindet dabei philosophische Fragestellungen mit psychologischen Experimenten

Es ist Vormittag, die Berliner Gemäldegalerie hat gerade erst geöffnet, durch die Hallen schlendert ein Mann in grauen Jeans, dunkelgrauem Jackett und schwarzen Wanderschuhen. Seine Haare strahlen so pink, dass ihm die Kinder einer Schulklasse mehr Beachtung schenken als dem Rembrandt, den die Lehrerin ihnen gerade erklären will. Jesse Prinz, der Mann mit den auffälligen Haaren, ist Professor an der City University of New York und einer der profilier-

testen Philosophen des Geistes. Seit 2015 ist er Einstein Visiting Fellow an der Berlin School of Mind and Brain. An diesem Vormittag ist er auf der Suche nach einem Bild des florentinischen Malers Piero del Pollaiuolo – „Bildnis einer jungen Frau im Profil“. Er kennt es seit seiner Kindheit. „Eine Reproduktion davon hatte meine Großmutter immer bei sich, bis ins hohe Alter“, sagt Prinz. Als Jugendlicher ist er mit ihr zusammen einige Male von New York nach Ber-

Albert Der Kopfkünstler

„Manche Neurowissenschaftler, die den freien Willen infrage stellen, haben sich mit der philosophischen Seite überhaupt nicht befasst.“

lin gereist. Sie zeigte ihm die Stadt, aus der sie vor den Nationalsozialisten fliehen musste, die Museen, die sie geliebt hatte. Sie war Kunsthistorikerin. „Mit ihr habe ich damals auch ein bisschen Deutsch gesprochen.“ Vielleicht war es die Liebe seiner Großmutter zur Kunst, die ihn selbst zu einem Kunstkenner machte – und zur wissenschaftlichen Beschäftigung mit der Ästhetik brachte, einem seiner weitverzweigten Forschungsschwerpunkte. Prinz besitzt den Blick für die großen Verbindungslinien. Die Einstein-Gruppe, die er an der Berlin School of Mind and Brain leitet, heißt „Consciousness, Emotions, Values“ – also „Bewusstsein, Emotionen, Werte“. Dieses Begriffsdreieck markiert einen theoretischen Rahmen, aus dem er Fragen zu Ethik, Erkenntnistheorie und Ästhetik ableitet: Welche Rolle spielen Emotionen bei der Bildung moralischer Urteile? Welche psychologischen Prozesse beeinflussen unsere Wahrnehmung der Welt? Und wie trägt das Staunen zu unserer Erfahrung und unserem Verständnis von Schönheit und Erhabenem in der Kunst bei? Prinz gehört einer Generation von Philosophen an, die über den Tellerrand der abstrakten Reflexion hinausschauen und auch empirische Erkenntnisse in ihre Theoriebildung einbeziehen. Dazu führt er psychologische Experimente durch. Einmal zeigte er Probanden verschiedene Gemälde, einige von anerkannten Meistern, andere waren Fälschungen oder stammten von unbedeutenderen Künstlern – eine Information, die er den Probanden nicht vorenthielt. Die Betrachter standen anderthalb Meter vor Reproduktionen der Bilder und sollten deren Größe schätzen. Interessanterweise schätzten sie die Meisterwerke im Durchschnitt einige Zentimeter zu groß, die anderen Bilder etwas zu klein ein. „Das hat damit zu tun, dass wir uns als Men-

schen im Angesicht großer Kunst als klein und unbedeutend empfinden“, deutet Prinz die Ergebnisse. Wir sehen und beurteilen ein Bild nicht für sich genommen, sondern immer in seinem Kontext. Das Experiment war ein kleiner Beitrag zu einer Debatte der Ästhetischen Theorie. Für einen Philosophen ist ein solches Vorgehen ungewöhnlich. Lange Zeit gehörte die Durchführung von Experimenten nicht zum methodischen Repertoire der Disziplin. Im 20. Jahrhundert dominierte, besonders im angelsächsischen Raum, die rationalistische Schule. Einflussreiche Philosophen wie Heidegger und Wittgenstein hielten Naturwissenschaften und Philosophie streng getrennt. Doch die Einbeziehung empirischer Methoden, das ist Prinz wichtig zu erwähnen, ist kein Bruch mit der philosophischen Tradition – experimentelle Philosophie gab es bereits im 17. Jahrhundert. Er sieht sich in der Tradition britischer Empiristen wie David Hume. „Seine These lautete: Erfahrung beruht auf Wahrnehmung, Moral auf Emotionen. Allein durch begriffliche Reflexion kann man beides nicht erklären.“ Als Einstein Visiting Fellow kommt Prinz über drei Jahre regelmäßig nach Berlin, in die Stadt seiner Großeltern. Wie die Großmutter teilte auch sein Großvater, Joachim Prinz, eine Leidenschaft für die Kunst. Auch er war Philosoph und zudem beliebter Rabbiner in der Neuen Synagoge in der Oranienburger Straße. Nach der Flucht der Familie vor den Nationalsozialisten, 1937, wurde er in den USA zum Bürgerrechtler. Als Martin Luther King beim Marsch auf Washington seine berühmte Rede „I have a dream“ hielt, stand Joachim Prinz neben ihm auf der Tribüne. Jesse Prinz’ Berlin, das ist jedoch nicht nur das Berlin seiner Großeltern, die Gemäldegalerie und die Synagoge in der Oranienburger Straße,

sondern auch das wilde Westberlin der Vorwendezeit. „In den 80er Jahren kamen mein Bruder und ich her, um uns Kreuzberg anzusehen. Wir hatten gehört, dass es cool und irgendwie wild war“, sagt Prinz. Sein Bruder machte damals Musik und zog mit ihm durch die Clubs für die das morbide Westberlin bekannt war. „Die Berliner Punkrocker wollten die Menschen mit ihrer Musik verstören. An den Wänden lasen wir Graffitis wie ‚Amis raus!‘ Wir wurden als amerikanische Teenager nicht gerade mit offenen Armen empfangen, aber die Szene war auf charmante Weise grob.“ Heute zieht es ihn eher in die vielen Galerien der Stadt. Man sieht Prinz den Punkrocker noch an, der in seiner Jugend in ihm steckte. Etwas Rebellisches hat er sich erhalten, in seinen pinkfarbenen Haaren, die auch schon mal blau waren, in seinem Denken – und in einer Marotte, die er pflegt. Wer sich auf Jesse Prinz’ Internetseite subcortex.com umschaut, stößt nämlich auf unzählige Zeichnungen menschlicher Köpfe mit meist ausdruckslosen Gesichtern, aus denen Elefanten oder Schrauben herauswachsen, in denen Uhrwerke ticken oder kleine Menschen wohnen. „Das sind Kritzeleien, ich habe schon Tausende davon. Ich kritzele, wenn ich mir Vorträge anhöre“, sagt Prinz. „Auf Köpfe kam ich, weil es in eigentlich allen Vorträgen um den Geist geht. Das Kritzeln bringt mich

zu einem ‚Sweet Spot‘ der Aufmerksamkeit: Meine Gedanken können so nicht einfach abschweifen, aber ich kann auch nicht zu stark ins Grübeln über das Vorgetragene geraten.“ Auch dazu hat Prinz schon Experimente durchgeführt. Das Ergebnis: Kritzelnde Probanden nehmen Informationen besser auf. Allerdings nur, wenn sie ziellos kritzeln dürfen. Die Frage, wie denn der Geist und das, was in den Köpfen drin ist, zusammenhängen, beschäftigt Prinz immer wieder. Die Naturwissenschaften haben uns gelehrt, dass das Gehirn eine biochemische Maschine ist, deren Funktion den Naturgesetzen unterworfen ist. Zugleich spielt sich in unseren Köpfen ein reiches Innenleben ab: Bewusstsein, Emotionen, ein freier Wille. Wie passen diese beiden Welten zusammen? Und wie kann man sie angemessen beschreiben, ohne sich in Widersprüche zu verwickeln? In der Philosophie bezeichnet man diesen Fragenkomplex als das „LeibSeele-Problem“. Das Thema ist nicht neu, hat aber durch die Neurowissenschaften frische Impulse bekommen. Zudem haben sich Neurowissenschaftler in die philosophische Debatte eingeschaltet. Einige bestreiten etwa, dass der Mensch einen freien Willen habe – Entscheidungen, so ihr Argument, treffe das Gehirn ohne unser Zutun und Bewusstsein darüber, und auch die Idee der Verantwortung sei eine Illusion. Diese Art des radikalen ↘

„Die Berliner Punkrocker wollten die Menschen mit ihrer Musik verstören. An den Wänden lasen wir Graffitis wie ‚Amis raus!‘“

Reduktionismus ist in der Philosophie umstritten. Jesse Prinz kennt beide Seiten der Debatte, die neurophysiologische und die philosophische. „Manche Neurowissenschaftler, die den freien Willen infrage stellen, haben sich mit der philosophischen Seite überhaupt nicht befasst. Sie äußern sich zu Fragen, die bereits seit Jahrhunderten debattiert und wissenschaftlich bearbeitet werden. Dabei unterlaufen ihnen oft rudimentäre Fehler.“ Jesse Prinz ist ein schlagfertiger Gesprächspartner. Auf fachliche Fragen antwortet er so eloquent, als hätte er sie vorher gekannt. Und er argumentiert mit Leidenschaft. Man merkt ihm an, dass er es nicht für ein folgenloses Gedankenspiel hält, welche Seite recht hat. Die Debatte um das Gehirn und den Geist etwa reiche bis in die Verteilung von Forschungsbudgets hinein: „Über Generationen hat sich in den Wissenschaften ein extremer Trend zum Reduktionismus etabliert und eine tiefe Skepsis gegen humanistische Methoden. Viele Wissenschaftler tendieren zum Naturalismus, also zu der Ansicht, dass die menschlichen Fähigkeiten stark von unserer Biologie bestimmt sind. Das hat dazu geführt, dass viel Geld in die teure Erforschung genetischer und neurobiologischer Erklärungen unseres Verhaltens investiert wird – zulasten anderer Disziplinen.“

Etwa der Erforschung von Suchtursachen. „Der Beitrag, den die Gene einer Person darauf haben, ob sie Suchtverhalten ausbildet, ist jedoch extrem klein. Studien zeigen, dass kulturelle und ökonomische Faktoren eine viel größere Rolle spielen“, sagt Prinz. „Oder nehmen wir ein Phänomen wie Selbstmordattentate. Es wäre lächerlich, nach bestimmten Hirnprozessen zu suchen, um sie zu erklären. Die Erklärung liegt klar anderswo. Wir müssen auf die Geschichte schauen, auf kulturelle Aspekte, auf die Erziehung und die Umstände, unter denen Menschen aufwachsen.“ Er sagt das nicht, ohne zu betonen, dass er sehr an den Nutzen der Neurowissenschaften glaubt. Kaum einen Artikel hat er geschrieben, in dem er nicht neurowissenschaftliche Studien zitiert hätte, kein Buch, das nicht auf ihren Erkenntnissen fußen würde. „Der Blick auf das Gehirn kann an bestimmten Punkten extrem hilfreich sein. Aber um den Geist zu durchleuchten, braucht es auch Philosophie, Geschichte, Soziologie, Literatur und Kunst. All diese Ansätze sind für die Erklärung menschlichen Verhaltens mindestens so wichtig wie alle Daten, die wir aus einem Magnetresonanztomografen bekommen.“ Prinz hat in der Gemäldegalerie das Bild von Piero del Pollaiuolo gefunden. Es zeigt eine blasse Frau mit

feinen Gesichtszügen und einem aufwendig gearbeiteten Kleid vor kräftig hellblauem Hintergrund. „Das ist offensichtlich eine Auftragsarbeit von jemandem, der sehr reich war und damit sagen wollte: Das ist meine Frau, das ist das teure Kleid, das ich ihr gekauft habe, und das ist der Meister, bei dem ich das Gemälde in Auftrag gegeben habe.“ Warum trug seine Großmutter ausgerechnet dieses Bild immer bei sich? „Sie fühlte sich immer als Berlinerin, es war für sie eine Erinnerung an ihre Stadt.“ Auf dem Weg zum Ausgang passieren wir das bekannte Ölgemälde „Mann mit dem Goldhelm“. Prinz hält kurz inne. Lange Zeit hielt man das Werk für einen Rembrandt, erzählt er, doch seit den 80er Jahren wird es einem Maler seines Umfelds zugeschrieben. Das führte zu einer Umwertung, die sich in seinen psychologischen Experimenten messen ließ. „Das Bild ist dadurch im Auge des Betrachters gewissermaßen kleiner geworden“, sagt Prinz. „Darauf hat man auch hier in der Ausstellung reagiert: Es hängt jetzt nicht mehr im Saal mit den großen Meisterwerken, sondern in einer Ecke neben einem Durchgang.“ Er selbst widmet dem falschen Rembrandt weiterhin einen Ehrenplatz: Eine Reproduktion steht auf seinem Schreibtisch in New York. 

Jesse Prinz zählt zu den bedeutendsten Vertretern einer empirisch informierten Philosophie des Geistes. Er ist Einstein Visiting Fellow und Professor für Philosophie am Graduiertenzentrum der City University of New York (CUNY). Seit 2015 leitet er die Einstein-Gruppe „Consciousness, Emotions, Values“ an der Berlin School of Mind and Brain → einsteinmindbrain.de

Albert Der Kopfkünstler

„Als Menschen empfinden wir uns im Angesicht großer Kunst als klein und unbedeutend.“

Albert fragt …

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Wann werden wir das menschliche Gehirn am Computer nachbauen können?

Aufgezeichnet von Ragnar Vogt 29

Dafür müssen wir zunächst einmal die erste Hürde überwinden. Sie besteht darin, eine einzelne Nervenzelle am Rechner nachzubauen. Verschiedene Eigenschaften einer einzelnen Zelle können wir bereits simulieren, dafür reichen die Datenmengen aus, die wir in Computermodellen zusammengetragen haben. Natürlich liegt dann die Vermutung nahe, dass man nur genügend Rechenleistung braucht, um anstelle von einer Zelle die Milliarden Neuronen des menschlichen Gehirns zu simulieren. Doch so einfach ist das nicht. Schon wenn man das Verhalten von 1.000 Zellen am Rechner nachbauen will, gelingt das nur schlecht.Warum? Es gibt viele Typen von Nervenzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Zudem ändern sich die chemischen Umstände im Gehirn ständig, was wieder-

um einen Einfluss auf das Verhalten der Nervenzellen hat. Sobald man für eine Hirnregion Erkenntnisse gewonnen hat und sich einer anderen zuwendet, stellt man fest: Dort läuft alles komplett anders. Man muss wieder ganz von vorn anfangen. Ich muss nach 40 Jahren Forschung feststellen, dass wir erst einen winzigen Schritt gegangen sind auf dem Weg zur Simulation des gesamten Gehirns. Ob es überhaupt jemals möglich sein wird? Ich weiß es nicht. Aber falls ja, wird es sicher noch Generationen dauern.

Der Mathematiker und Mediziner Roger D. Traub forscht am IBM Watson Research Center in New York. Traub ist Experte für die Computersimulation von Schaltkreisen aus Nervenzellen. Von 2010 bis 2014 war er Einstein Visiting Fellow am CharitéExzellenzcluster NeuroCure.

Knuts Vermächtnis Eisbär Knut war eine Berliner Ikone. Der Neurologe Harald Prüß erzählt, wie er der Ursache seines plötzlichen Todes auf die Schliche kam

Aufgezeichnet von Kristina Vaillant

Die Ereignisse rund um Eisbär Knut habe ich ehrlich gesagt nur am Rande verfolgt: die Millionen Besucher, die er dem Berliner Zoo bescherte, und der plötzliche Tod seines Pflegers. Aufgehorcht habe ich das erste Mal, als die Medien nach Knuts Tod im März 2011 berichteten, die Autopsie habe ergeben, dass er unter einer Gehirnentzündung litt, einer Enzephalitis. Als Ursache vermutete man eine Virusinfektion. Knapp drei Jahre später hörte ich wieder genau hin. Damals stellten Forscher vom Berliner LeibnizInstitut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) die abschließende Diagnose: Enzephalitis mit unklarer Ursache. In den Medienberichten klang ihre Enttäuschung durch. In Laboren auf der ganzen Welt hatten sie über Jahre Proben von Knut auf Bakterien, Parasiten und mehrere Tausend Viren untersucht und lediglich Antikörper gegen Influenzaviren gefunden. Die kamen als Ursache für die Gehirnentzündung aber nicht infrage. In diesem Moment erinnerte ich mich an eine Patientin, die ich 2006 als junger Arzt auf der Intensivstation der Charité betreut hatte und bei der ich später eine bis dahin weitgehend unbekannte Krankheit nachweisen konnte: Die Anti-NMDA-Rezeptor-Enzephalitis. Wegen der verblüffenden Gemeinsamkeiten war mir sofort klar: Daran muss auch Knut gelitten haben.

„Weil Knut so bekannt war, haben viele Menschen von der Krankheit erfahren.“ Das Nervenwasser dieser Patientin war, wie später das von Knut auch, untersucht worden und man hatte eine Gehirnentzündung festgestellt, ohne einen Erreger zu finden. Weil die junge Frau unter Wahnvorstellungen litt, wurde sie in die Psychiatrie verlegt. Über ein Jahr später hörte ich einen Vortrag der Neurowissenschaftlerin Angela Vincent von der Universität Oxford. Sie beschrieb als eine der Ersten das Krankheitsbild der Anti-NMDARezeptor-Enzephalitis: den abrupten Wechsel zwischen wahn- und komahaften Zuständen und wachen Phasen, aber auch epileptische Anfälle. Knut hatte durch einen epileptischen Anfall die Kontrolle über seinen Körper verloren, war in das Wasserbecken seines Geheges gestürzt und ertrunken.

↖ Heute kann man Knut im Berliner Naturkundemuseum besuchen, wo er als Präparat ausgestellt ist.

Mit viel Mühe gelangte ich an eingefrorene Proben meiner Patientin. Die Blutproben und das Nervenwasser ließ ich in einem Lübecker Labor untersuchen, das einzige, das zu der Zeit den Antikörpertest in Deutschland machen konnte. Der Befund war positiv. Sowohl im Blut als auch im Nervenwasser waren die Antikörper, die im Gehirn einen Rezeptor an den Synapsen – den NMDARezeptor – blockieren und dadurch die Gehirnentzündung auslösen. Wir holten die Patientin sofort auf die neurologische Station. Mit Blutwäschen, die den Antikörper herausfiltern, und Kortison, das die Immunreaktion unterdrückt, konnten wir sie heilen. Diese Geschichte hat sich bei mir eingebrannt. Und so ist diese Krankheit zu meinem wissenschaftlichen Thema geworden. Knut konnten wir leider nicht retten. Er ist erst posthum „mein Patient“ geworden. Ich habe damals, als die vermeintliche Abschlussdiagnose feststand, sofort Alex Greenwood, den Experten für Wildtierkrankheiten beim IZW angerufen. Dann hat es noch ein gutes halbes Jahr gedauert, bis wir die Anti-NMDA-Rezeptor-Enzephalitis bei Knut nachweisen konnten. Glücklicherweise hatte Greenwood Nervenwasser von Knut aufbewahrt, aber wir mussten erst neue Verfahren entwickeln, um nun die Eisbär-Antikörper sichtbar zu machen. Das Testergebnis war eindeutig. Knuts Tod war nicht umsonst. Zootierforscher und Veterinäre wissen nun, dass die Krankheit auch im Tierreich vorkommt, dass sie gezielter danach suchen müssen und die Tiere auch behandeln können. Was für mich aber wichtiger ist: Weil Knut so bekannt war, haben viele Menschen von der Krankheit erfahren. So sind auch Angehörige von Patienten mit Gehirnentzündungen unklarer Ursache und den typischen psychiatrischen Symptomen zu mir in die Sprechstunde gekommen. Bei zwei Patienten konnten wir eine eindeutige Diagnose stellen. Für sie besteht nun Hoffnung auf Heilung. Für mich ist das Knuts Vermächtnis. 

Harald Prüß ist Facharzt für Neurologie an der Charité und leitet die Arbeitsgruppe für Autoimmune Enzephalopathien am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen in Berlin. Seit 2009 erforscht er die Anti-NMDA-Rezeptor-Enzephalitis, die bis vor zehn Jahren noch niemand kannte. Sie wird ausgelöst durch Antikörper, die der Körper selbst bildet – beim Menschen wie beim Eisbären.

Neuronenklau

Text Till Hein

Albert Einstein wollte nach dem Tod verbrannt werden. Doch ein Pathologe stahl sein Gehirn, um die Ursache seiner GenialitĂ¤t zu erforschen. Die Geschichte einer Verirrung

Am 18. April 1955, früh morgens, stirbt Albert Einstein im Alter von 76 Jahren an inneren Blutungen, verursacht durch eine geplatzte Arterienerweiterung an seiner Hauptschlagader, in einem Krankenhaus in Princeton. Wenige Stunden darauf verschwindet sein Gehirn. Unter der Schädeldecke klafft nur noch ein Loch. Diebstahl!, wird sich später herausstellen. Thomas Harvey, seit drei Jahren Chefpathologe des Princeton Hospitals, hat das Hirn heimlich herauspräpariert, in Formalin eingelegt und mit nach Hause genommen. Will er berühmt werden? Geht es ihm um wissenschaftliche Erkenntnisse? Oder ist Harvey, der auch Einsteins Augen gestohlen hat, einfach nur verrückt? Wissenschaftshistoriker werden über diese Fragen noch Jahrzehnte später streiten. Wahrscheinlich ist aber, dass Harvey, als er die Schädeldecke aufsägt, davon träumt, das Rätsel von Einsteins Genialität durch die Untersuchung seiner grauen Zellen zu lösen. Schon lange erhoffen sich Wissenschaftler mit dem Blick in die graue Masse großer Geister bahnbrechende Erkenntnisse. Seit Ende des 19. Jahrhunderts verpflichten sich Intellektuelle freiwillig, ihr Hirn posthum der Forschung zu vermachen. Anders Einstein: Sein ausdrücklicher Wunsch war es, dass sein Leichnam verbrannt werde. Doch sein Sohn, Hans Albert, gibt Harvey nachträglich sein Einverständnis für die Entnahme des Gehirns. Denn der Mediziner versichert ihm, ausschließlich im Dienst der Wissenschaft zu handeln. Als Pathologe ist Harvey damit vertraut, Todesursachen abzuklären. Was die Funktion einzelner Hirnareale betrifft, fehlt ihm hingegen jegliche Expertise. Zumindest geht er sorgfältig mit Einsteins Hirn um. Er fotografiert es aus unterschiedlichen Perspektiven und vermisst es. Um systematische Untersuchungen der Feinstruktur zu ermöglichen, lässt er das Gehirn in einem Labor der University of Pennsylvania in Zehntausende hauchdünne Scheiben schneiden. Er schickt Hirnproben an

↖ Zersprungenes Genie: Eine der in Celloidin gegossenen Hirnscheiben Einsteins

Koryphäen auf dem Gebiet der Neuroanatomie in ganz Nordamerika. Doch die Wissenschaftler erhalten viel zu kleine Proben, um ernsthaft arbeiten zu können. Niemandem fallen irgendwelche Besonderheiten auf. Die Suche nach Anzeichen für Genialität in Gehirnen, die jahrzehntelang boomte, ist seit dem Zweiten Weltkrieg nicht mehr so populär. Und ausgerechnet der fachfremde Harvey spielt sich als wissenschaftlicher Leiter auf. Prompt stoßen die Experten bei ihren halbherzigen Untersuchungen auf überhaupt keine Besonderheiten. Harvey aber ist weiterhin überzeugt, etwas ungemein Wertvolles zu besitzen. Als das Princeton Hospital Einsteins Gehirn zurückfordert, weigert er sich und nimmt 1960 sogar seine Kündigung in Kauf.

Als Harvey vorübergehend seine Wohnung verliert, lagert Einsteins Gehirn unter Bierdosen in einer Kühlbox Harvey verlässt bald darauf seine Familie und sucht sein Glück im Mittleren Westen der USA. Im Gepäck hat er zwei Einmachgläser mit den Proben von Einsteins Denkapparat. In Kansas verliert Harvey seine Zulassung als Arzt. Jahrzehntelang irrt er ziellos durch die Lande. Er jobbt als Fabrikarbeiter, trinkt zu viel. Einsteins Hirn ist sein treuester Begleiter. Als Harvey vorübergehend seine Wohnung verliert, lagert er es unter Bierdosen in einer Kühlbox. Erst in den 1980er Jahren rafft sich der verarmte Harvey noch einmal auf und schickt erneut Proben von Einsteins Gehirn an Experten in Amerika, Europa und Asien. Und tatsächlich: 30 Jahre, nachdem er das Hirn geklaut hat, wird es doch noch ernsthaft untersucht: 1985 nimmt die Neuroanatomin Marian C. Diamond von der University of California in Berkeley Einsteins Gliazellen unter die Lupe. Denn in Tierversuchen hat sie festgestellt, dass Mäuse, die in einem anregenden Umfeld gehalten werden, im Gehirn mehr von diesen Zellen ausbilden als ihre Artgenossen in einer wenig inspirierenden Umgebung. Prompt findet sie bei Einstein im Bereich der unteren ↘

Scheitellappen, die für räumliche Vorstellung und mathematisches Denken zuständig sind, einen auffallend hohen Anteil von Gliazellen. Ob diese allerdings durch Einsteins besondere Art zu denken entstanden sind oder sein außergewöhnliches Denkvermögen erst ermöglicht haben, kann Diamond nicht klären.

Bei Einstein fehlen die parietalen Opercula – wulstartige Hirnwindungen in den Scheitellappen Zwei weitere Forscher versuchen in den späten 1990er Jahren ihr Glück: Die kanadische Neurowissenschaftlerin Sandra Witelson vergleicht Einsteins Hirn mit 91 Gehirnen von Personen von durchschnittlicher Intelligenz. Wie zuvor Diamond konzentriert sie sich auf die unteren Scheitellappen. „In dieser Region ist Einsteins Gehirn um 15 Prozent breiter als die Vergleichsgehirne“, schreibt sie 1999 im Wissenschaftsmagazin Lancet. Das Verblüffende: Bei Einstein fehlen hingegen die parietalen Opercula – wulstartige Hirnwindungen in den Scheitellappen, deren Aufgabe noch näher erforscht werden muss – vollständig. In allen

Albert Neuronenklau

↖ Harvey zeigt 1994, mit 81 Jahren, die in Formaldehyd konservierten Überreste von Einsteins Gehirn, die ihn ein Leben lang begleitet haben. Auch die Augen entwendete der Pathologe und schenkte sie einem ehemaligen Augenarzt des Physikers. Heute liegen sie in einem Safe in New York.

Vergleichsgehirnen sind sie vorhanden. Zum Ausgleich habe Einstein andere Strukturen in diesen Arealen stärker ausgeprägt, vermutet Witelson: Genialität als Kompensationsleistung des Gehirns. Britt Anderson von der University of Alabama wiederum misst die Dicke der Hirnrinde und ermittelt Größe und Anzahl der Neuronen. Zahl und Volumen sind unauffällig, stellt er fest. Aber Einsteins Hirnrinde ist dünner als die aller Vergleichsgehirne. Die Neuronen sind bei ihm also dichter gepackt – und genau das habe eine schnellere Informationsübertragung ermöglicht, folgert Anderson. Eine mutige These, zumal Fachleute sonst in der Regel behaupten, dass größere Gehirne leistungsfähiger seien als kleine. 2011 schließlich findet Dean Falk von der Florida State University wieder eine andere Erklärung für Einsteins Genialität: Ihr fällt die außergewöhnliche Dicke seines Corpus callosums auf, das die beiden Hirnhemisphären verbindet. Die intensive Kommunikation zwischen den Gehirnhälften sei eine wesentliche Grundlage für kreatives, ganzheitliches Denken, so Falk. Unterm Strich gilt für die Analyse von Einsteins Hirn das Gleiche wie für alle Versuche, von der individuellen Gehirnarchitektur auf das intellektuelle Potenzial zu schließen: Sie liefern interessante Hypothesen, aber auch viele Widersprüche und Ungereimtheiten. Die meisten Fachleute gehen heute davon aus, dass sowohl Intelligenz als auch Genialität erst durch ein Zusammenspiel vieler verschiedener Bereiche des Hirns zustande kommen. Und es hat sich herausgestellt, dass sehr unterschiedlich gebaute Gehirne sich in ihrer Leistungsfähigkeit stark ähneln. Die Scheibchen von Einsteins Hirn finden, als Thomas Harvey 2007 im Alter von 94 Jahren stirbt, verteilt auf verschiedene Museen in den USA ihre letzte Ruhestätte. Harveys Fotos vom weltberühmten Denkapparat aber werden ab 2012 als App angeboten. Der Erlös kommt forschenden Museen für Wissenschaftsgeschichte zugute. In gewisser Weise kann Harvey sein Versprechen also posthum einlösen: Einsteins Hirn dient der Wissenschaft – wenn auch nicht so, wie der Pathologe es sich vorgestellt hatte. 

Albert fragt …

Aufgezeichnet von Ragnar Vogt 35

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Kann man sein Gehirn dopen? Nahezu jeder Mensch dopt sein Gehirn täglich. Wenn man morgens einen Kaffee trinkt, um sich besser konzentrieren zu können, dann ist das legales Doping. Auch Nikotin ist konzentrationsfördernd. Wer allerdings erwartet, dass Medikamente die Intelligenz oder die Kreativität steigern, wird enttäuscht: Das gibt es bisher nicht. Man kann sein Gehirn nicht dopen, um schlauer zu werden. Dennoch sind Mittel verbreitet, die beim Lernen helfen sollen. Manche Studenten nehmen zum Beispiel Amphetamine, Ritalin oder Modafinil. Damit werden sie zwar nicht intelligenter, können aber beim Lernen länger durchhalten, sich besser konzentrieren und

sind motivierter. Dabei ist es illegal, als gesunder Mensch solche Mittel zu nehmen, und bei falscher Anwendung sogar gefährlich. Viele Lernwillige neigen dazu, es zu übertreiben. Dann drohen bei Ritalin und Amphetaminen psychotische Episoden und Abhängigkeit. Was ich aber als größtes Problem sehe: Wir wissen bisher nicht, was diese Mittel auf Dauer mit dem Gehirn anstellen.

Isabella Heuser ist Direktorin der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie der Charité am Campus Benjamin Franklin in Steglitz. Einer ihrer Schwerpunkte ist die klinische Anwendung in der Psychopharmakologie.

Um die biomedizinische Forschung aus ihrer Krise zu holen, braucht es einen massiven Kulturwandel. Ein Kommentar des Berliner Schlaganfallforschers Ulrich Dirnagl

„Wissenschaftliche Entdeckungen in der Biomedizin sind mittlerweile ein langweiliges Ärgernis.“ So formuliert es John Ioannidis, Epidemiologe, Agent Provocateur und einer der am häufigsten zitierten Wissenschaftler der Biomedizin. Bereits vor gut zehn Jahren behauptete er, die Mehrzahl der publizierten Ergebnisse in der Biomedizin sei wahrscheinlich falsch. Seine Begründung: Sehr viel Bias, also Wunschdenken, im Verbund mit schlechter Methodik und

„Wir hasten von einem spekta kulären experimentellen Befund zum nächsten.“ Interessenkonflikten verfälsche die Ergebnisse. Dazu komme noch niedrige statistische Power durch zu geringe Fallzahlen in den Studien. All das führe zu falsch positiven Ergebnissen und übertriebenen Effekten. Die Arbeit von Ioannidis ist mittlerweile die am häufigsten zitierte biomedizinische Publikation der letzten Dekade.

Man könnte Ioannidis’ Behauptung ungläubig abtun, wären da nicht zwei Probleme, die seit einigen Jahren nicht nur die Fachwelt, sondern mittlerweile auch die breitere Öffentlichkeit und die Fördergeber beunruhigen. Das erste ist die ausgesprochen geringe Erfolgsrate bei der Übertragung von Ergebnissen der Grundlagenforschung in neue, effektive Therapien. Das zweite die erst vor Kurzem in vielen Disziplinen diagnostizierte Replikationskrise: Die meisten der oft spektakulären Erfolge bei der experimentellen Behandlung von Modellerkrankungen und in kleinen Studien am Menschen (sogenannte Phase-II-Studien) lassen sich nicht wiederholen. Mich haben diese Probleme aufgeschreckt und in meiner wissenschaftlichen Arbeit in eine Krise gestürzt. Als translationaler Schlaganfallforscher strebe ich danach, grundlegende Krankheitsmechanismen besser zu verstehen, um neue Therapien zu entwickeln. Das Ziel dabei ist, Patienten mit Schlaganfall zu helfen, diese dramatische Erkrankung besser zu überstehen. In zahlreichen unserer Publikationen und Schlaganfallmodellen sind wir – und damit meine ich auch

meine Tausenden von Wissenschaftlerkollegen, die den Schlaganfall weltweit beforschen – auf wundersame Weise in der Lage zu therapieren. Doch keiner dieser Befunde übersteht erfolgreich die Überprüfung in großen Studien am Patienten. Abgesehen davon, dass keiner unserer Befunde systematisch repliziert wird. Wir hasten von einem spektakulären experimentellen Befund zum nächsten. Für das Nachprüfen von Studien gibt es in dieser Wissenschaft nicht einmal Fleißpunkte! Und dort, wo doch mal etwas nachgekocht wird, funktioniert es meist nicht. Aber das wird höchstens abends beim Bier besprochen, veröffentlicht wird es nicht. John Ioannidis hat vor Kurzem nahezu 13 Millionen auf PubMed Central verfügbare biomedizinische Arbeiten der letzten 25 Jahre daraufhin untersucht, wie viele davon ein „statistisch signifikantes Ergebnis“ berichten – also die untersuchten Hypothesen bestätigen. Das unglaubliche Resultat: 96 Prozent! Ist es wirklich so, dass die Befunde richtig sind und die Hypothesen fast immer bestätigen, die die Wissenschaftler formulieren? Das hieße nichts anderes,

Text Ulrich Dirnagl

Mehr Scheitern wagen!

➊ Randomisierung: Proben, Versuchstiere oder Versuchspersonen werden unter Verwendung eines Zufallsmechanismus unterschiedlichen Untersuchungsoder Therapiegruppen zugeordnet, um eine höhere statistische Sicherheit der Studie zu erreichen. ➋ Verblindung: Der Untersuchende weiß bei der Auswertung nicht, ob der Patient (oder das Versuchstier) das zu untersuchende Medikament oder ein Placebo erhalten hat. So sollen Verzerrungen durch Erwartungen vermieden werden. Bei Doppelblindstudien wissen weder Arzt noch Patient Bescheid. ➌ Ein- und Ausschlusskriterien: Vor Studienbeginn wird definiert, aufgrund welcher Eigenschaften ein Patient (oder Versuchstier) in die Studie eingeschlossen werden kann und beim Auftreten welcher Ereignisse die Resultate eines Versuchsteilnehmers nicht für die Analyse verwendet werden dürfen. Hierdurch wird verhindert, dass im Nachhinein für das erwünschte Ergebnis förderliche Daten ausgewählt werden können.

als dass diese langweilige Forschung machen und an trivialen Sachverhalten forschen. Das wiederum käme einer massiven Ressourcenverschwendung gleich. Viel wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Ergebnisse dieser Studien häufig, wenn nicht sogar in den überwiegenden Fällen, in Wirklichkeit falsch positiv im Sinne von Ioannidis sind. Was tun? Zunächst müssen wir für aussagekräftigere Ergebnisse sorgen. Wir brauchen weniger Bias, das heißt eine verbesserte Studienmethodik. Was in klinischen Studien Standard ist, muss auch für experimentelle Untersuchungen gelten: Randomisierung1, Verblindung 2, Angabe von Einund Ausschlusskriterien 3 sowie von klaren Hypothesen und geplanten statistischen Verfahren vor Studienbeginn. Zweitens brauchen wir eine Erhöhung der statistischen Power. In meinem Forschungsfeld, und das ist kein Scherz, ist diese bei experimentellen Studien nicht einmal so hoch wie die eines Münzwurfs. In anderen Feldern ist sie sogar noch niedriger. Wenn wir auf diese Weise die Qualität unserer Forschung erhöhen, wird das dazu führen, dass viel

mehr Studien ihre Hypothesen nicht bestätigen oder die Wirksamkeit eines Therapeutikums nicht nachweisen werden. Nach gegenwärtigem Verständnis werden sie also scheitern: Die Ergebnisse werden weniger spektakulär und weniger eindeutig als bislang ausfallen. Aber das ist gut so, weil es die Biologie widerspiegelt. Wichtig ist, dass wir diese „negativen“ Befunde dann auch genauso veröffentlichen wie die gelungenen. Auch gescheiterte Replikationen von wichtigen eigenen Befunden oder denen anderer Wissenschaftler dürfen wir nicht länger nur untereinander beim Bier besprechen. Wir müssen mehr Scheitern wagen! Nur wird sich diese Forderung leider zurzeit nicht durchsetzen lassen. Denn für die Karrieren von Wissenschaftlern ist nicht die Qualität ihrer wissenschaftlichen Arbeit ausschlaggebend, sondern vor allem die Zahl ihrer Publikationen in Journalen mit hohem „Impact Factor“ – also solchen mit hoher Zitationsrate – wie Cell, Nature und Science. Und diese sind auf spektakuläre Storys aus. Für aussagekräftige Ergebnisse müssen wir also zunächst unser Belohnungssystem in der Wissenschaft reformieren. Bei der Vergabe von Stellen, Professuren und Forschungsanträgen wäre dann nicht nur auf spektakuläre Storys in Journalen mit hohem Impact-Faktor zu achten. Vielmehr sollten auch die Qualitätsmerkmale der Forschung eine wichtigere Rolle spielen, etwa ob ein Kandidat oder eine Kandidatin auch negative und neutrale Ergebnisse veröffentlicht hat, ob sie Originaldaten in den Veröffentlichungen zur Verfügung stellen usw. Das klingt einfach, erfordert aber einen massiven Kulturwandel. Vermutlich geht das nur auf Druck von Universitäten und Fördergebern. In den USA sind sie da schon einen Schritt weiter. Die National Institutes of Health verändern ihre För-

derrichtlinien und Vergabekriterien bereits massiv in diese Richtung. Für eine Förderung ist dort die Einhaltung einer Reihe von qualitätsfördernden Maßnahmen Voraussetzung – zum Beispiel Verblindung, Randomisierung oder die Veröffentlichung auch von negativen Daten. Am Ende der Förderung wird deren Einhaltung

„In meinem Forschungsfeld ist die statistische Power nicht einmal so hoch wie die eines Münzwurfs.“ überprüft. Auch beginnt man, geförderte Grundlagenforschung zu auditieren, das heißt sich vor Ort in den Laboren über die Durchführung der Experimente zu informieren. Mir macht das Hoffnung, denn wir können davon viel lernen. Und selbst Skeptiker, die am hiesigen System nichts ändern wollen, werden hellhörig, wenn sich im amerikanischen Wissenschaftssystem etwas bewegt. Der Ball liegt im Spielfeld der akademischen Institutionen und Fördergeber! 

Ulrich Dirnagl ist Direktor der Abteilung für Experimentelle Neurologie an der Charité sowie des „Centrums für Schlaganfallforschung Berlin“. Er erforscht Schadensmechanismen und körpereigene Schutzreaktionen nach dem Schlaganfall und setzt sich für eine Verbesserung präklinischer Forschung ein. Hierzu führt er Forschungsprojekte durch und etabliert und testet strukturierte Qualitätsmaßnahmen im Labor.

Fotos Heinrich Holtgreve Text Dietrich von Richthofen

Mensch Maschine Berliner Neurowissenschaftler erforschen die Mechanismen des Denkens und nutzen Hirnsignale, um Computer und Prothesen zu steuern. Unser Autor hat ihnen sein Gehirn fĂźr Experimente zur VerfĂźgung gestellt

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Die Gedankenlesemaschine muss noch hochfahren. Carsten Bogler, Wissenschaftler am Bernstein Center for Computational Neuroscience (BCCN) in Berlin, wirft einen prüfenden Blick auf die Monitore im Kontrollraum und führt mich in ein Nebenzimmer, wo ich mich aufs Auslesen meiner Gedanken vorbereiten soll: Gürtel ausziehen, Münzgeld aus den Hosentaschen. Metallteile können sich im drei Tesla starken Magnetfeld des hochauflösenden Magnetresonanztomografen (MRT), mit dem mein Gehirn gescannt werden soll, in Geschosse verwandeln. Gedankenlesen – bis vor Kurzem war das der Stoff von Science-Fiction-Filmen. Mittlerweile können Neurowissenschaftler zuverlässig erkennen, ob eine Person an einen Hund denkt oder an eine Katze. Sie können aus der Gehirnaktivität herauslesen, welches unter Tausenden von Bildern sich ein Proband gerade ansieht, aber auch, ob er eine Zahl addieren oder subtrahieren möchte. Bei dem Experiment des BCCN, an dem ich teilnehme, geht es um die Speicherung von Informationen im Langzeitgedächtnis. Ich bin dafür in die Rolle eines Einbrechers geschlüpft. Am Tag zuvor musste ich verschiedene Räume auf dem Campus der Uniklinik Charité in BerlinMitte besuchen: eine Anatomie-Ausstellung mit Schädelmodellen, einen schlichten Büroraum, ein Untergeschoss mit einer Wendeltreppe. Im Hirnscanner werden mir die Forscher Bilder und Videoaufnahmen dieser „Tatorte“ zeigen, im Wechsel mit Bildern von Räumen, die ich nie zuvor gesehen habe. Wird meine Gehirnaktivität verraten, in welchen Räumen ich tatsächlich gewesen bin? Wichtigstes Werkzeug der Gedankenleser ist die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT). Das Anfang der 1990er Jahre entwickelte Bildgebungsverfahren zeigt in immer höher aufgelösten Aufnahmen, wo im Gehirn sich die Durchblutung verändert. Daraus entstehen dreidimensionale Muster der Hirnaktivität. Ist das nun Hirnforschung oder die Ergründung des menschlichen Geistes?

Die Räume des Berlin Center for Advanced Neuroimaging auf dem Campus Charité Mitte gleichen einem Hochsicherheitstrakt: Eine Türdichtung aus Kupfer schützt das Magnetfeld des MRT vor Störsignalen.

„Wenn Geist und Gehirn getrennt wären, könnten wir aus Mustern der Hirnaktivität nicht auf Gedanken schließen“, sagt der Neurowissenschaftler John-Dylan Haynes, der einer der Pioniere auf dem Gebiet ist und an der Charité die BCCN-Gruppe leitet, an deren Versuch ich teilnehme. Genau dies können die Forscher aber – und zwar mit immer größerer Präzision. Bereits wenige Jahre nach Einführung der fMRT lieferten erste Studien in der Neurobildgebung eine holzschnittartige Topografie des Denkens: Verarbeitet der Proband gerade visuelle Reize? Ist das Planungszentrum aktiv? Davon ausgehend begannen die Neurowissenschaftler vor rund zehn Jahren, nach und nach auch spezifische Inhalte aus den Mustern herauszulesen – etwa, ob ein Proband an einen Hund oder an eine Katze denkt. Um die relevanten Muster zu erkennen, nutzten sie neue mathematische Verfahren, die für die Bilderkennung und den Abgleich von Fingerabdrücken entwickelt wurden – mit Erfolg. Seither versuchen sie, verschiedenste Gedanken systematisch mit spezifischen Aktivitätsmustern des Gehirns ↘

Alles unter Kontrolle: Von diesem Raum aus beobachten die Forscher des BCCN die Hirnaktivitäten ihrer Probanden, um Rückschlüsse auf deren Gedanken zu ziehen.

in Beziehung zu setzen – und dann im Umkehrschluss von Hirnmustern auf Gedanken zu schließen. „Brain Reading“ nennt sich das neue Forschungsfeld. „Das Wort ‚Lesen‘ trifft es eigentlich nicht richtig, denn wir kennen den sprachlichen Code des Gehirns noch gar nicht“, sagt Haynes. Ähnlich wie die englischen Code-Knacker, die im Zweiten Weltkrieg die Botschaften der deutschen Verschlüsselungsmaschine Enigma dechiffrierten, müssen die Neuroforscher die „Sprache des Gehirns“ erst mühsam entziffern. Eine Mammutaufgabe, denn das Gehirn ist ein sich selbst organisierendes System aus 86 Milliarden Neuronen. Jeder Mensch hat zudem eigene Aktivitätsmuster – und damit einen ganz

spezifischen Sprachcode im Gehirn. Bislang ist unklar, ob sich hinter diesen individuellen Codes ein universelles Codierungssystem finden lässt. „Das Fernziel unserer Forschung ist die universelle Gedankenlesemaschine, aber davon sind wir heute noch weit entfernt.“

Ob die Gedankenleser meinen Gedankenbrei entziffern können? Bei meinem Experiment geht es darum, Gemeinsamkeiten in den Aktivitätsmustern zu finden, die auftreten, wenn ich die Tatorte sehe. Ich werde auf einer Liege in den Hirnscanner gefahren, und kurz darauf legt das MRT ratternd los. Eine knappe Stunde muss ich mir – bewegungslos in einer engen Röhre liegend – Bilder von Räumen anschauen. Ich erkenne alle am Tag zuvor besuchten Orte eindeutig wieder. Doch nach dem fünften Durchlauf kommen mir auch Räume, die ich nicht besucht habe,

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sehr bekannt vor. Wie Traumsequenzen ziehen die Bilder an mir vorbei, während meine Gedanken abdriften. Ob die Gedankenleser meinen Gedankenbrei entziffern können? Mir geht eine Frage durch den Kopf: Was, wenn derartige Anwendungen in der Kriminalistik zum Einsatz kommen? Wenn Richter bei ihren Entscheidungen über Schuld und Unschuld Hirnscans heranziehen? In ersten Verfahren in den USA und Indien wurden fMRTSequenzen vor Gericht bereits als Beweismittel vorgebracht. Die US-amerikanischen Unternehmen Cephos und No Lie MRI versuchen, die Verfahren, ähnlich wie Gentests, in der Beweisführung zu etablieren, zum Beispiel als neue Methode der Lügendetektion. Bisher wurde ihnen die Zulassung verweigert. „Zu Recht, die Verfahren sind noch lange nicht praxisreif“, warnt Haynes. Ein Verdächtiger kann sich dem Test etwa entziehen, indem er die Augen schließt oder an ganz andere Dinge denkt. Ein Psychopath ohne Schuldbewusstsein kann gar jegliche Erinnerung erfolgreich verdrängen. Haynes wird nicht müde zu betonen, dass die meisten Anwendungen noch in weiter Ferne liegen. Zudem müsse man die Frage stellen, ob andere Wissenschaftsdisziplinen, etwa die Psychologie, nicht einfachere oder zielführendere Lösungen anbieten können. „Wenn ich wissen will, wo Sie wohnen, kann ich Sie in den Hirnscanner legen – oder Sie einfach fragen“, scherzt er. Wir nehmen den Umweg über die Hirnmuster, Experiment ist Experiment. „In ein paar Tagen haben wir Ihre Ergebnisse“, verabschiedet mich Haynes.

Bei der Fußball-WM 2014 in Brasilien führte ein Querschnittsgelähmter den symbolischen Anstoß aus

In der Zwischenzeit unterziehe ich mein Gehirn einem weiteren Selbstversuch. An der TU Berlin arbeiten Mathematiker, Informatiker und Ingenieure gemeinsam an der Entwicklung von Hirn-Computer-Schnittstellen, auch BCI (BrainComputer-Interface) genannt. Per Elektroenzephalografie (EEG) lesen sie die von den Gehirnströmen erzeugte elektrische Spannung an der Kopfhaut aus – und koppeln das Gehirn über diese Signale mit Rechnern.

Die Technologie mutet futuristisch an, klingt nach Cyborgs und Science-Fiction – und ist deshalb schlagzeilenträchtig. Immer wieder liest man davon, wie Amputierte mit Gedankenkraft Prothesen steuern, Gelähmte mit ihren Hirnsignalen Computer bedienen. Bei der Fußballweltmeisterschaft 2014 in Brasilien führte ein Querschnittsgelähmter den symbolischen Anstoß aus – mit seinem Gehirn bediente er dafür ein Exoskelett, eine Art Roboteranzug, mit dem er die Beine bewegte. Bis Anwendungen wie diese im Alltag ankommen, wird noch viel Zeit vergehen. Doch die Szene ist für Überraschungen gut. Unternehmen aus der Spielebranche werfen bereits erste Headsets für Gamer auf den Markt, im Netz verbreiten sich Tutorials, wie man sich mit einfachen ↘

„Das Fernziel unserer Forschung ist die universelle Gedankenlesemaschine, aber davon sind wir heute noch weit entfernt.“ John-Dylan Haynes

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Bausätzen sein eigenes EEG-System basteln kann. In Open-Source-Projekten machen Neuroforscher und Brain-Hacker gemeinsame Sache und tüfteln an selbst gebauten Systemen, um Meditation zu unterstützen oder Spiele zu steuern. „Bei solchen Anwendungen muss man immer genau hinsehen“, sagt Benjamin Blankertz, der an der TU Berlin das Fachgebiet Neurotechnologie leitet und wie Haynes Mitglied des Bernstein Netzwerks für Computer-Neurowissenschaften ist. „Oft werden dabei nicht Hirnsignale, sondern Muskelsignale genutzt oder die Elektroden sind unter der Schädeldecke implantiert, wo die Signale viel stärker sind als an der Kopfoberfläche.“ Hirn-Computer-Schnittstellen seien derzeit noch weit von der Marktreife entfernt. Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Klaus-Robert Müller, einem der weltweit führenden Experten für maschinelles Lernen, arbeiten die Wissenschaftler um Blankertz an neuen Algorithmen, um aus den komplexen Hirnsignalen diejenigen herauszufischen, die sich nutzen lassen, um Systeme zu steuern oder Aussagen über den mentalen Zustand einer Person zu treffen. Für erste Testsysteme klappt das schon ganz gut: Die Forscher konnten mit Hirnsignalen Computerspiele steuern und aus EEG-Signalen ablesen, ob jemand gleich seinen rechten oder linken Arm bewegen wird. In einem Projekt zeigten sie, dass sich die Absicht zu bremsen beim Autofahren bereits 130 Millisekunden vor dem Bremsmanöver aus den Hirnsignalen ablesen lässt. In dieser Zeit bewegt sich ein 100 Kilometer pro Stunde fahrendes Auto knapp vier Meter weit. Könnte man also, indem man EEG-Signale an die Bordelektronik übermittelt, Unfälle vermeiden, Leben retten? „Der Fahrer könnte im letzten Moment merken, dass die Straße nass ist und sich doch für ein Ausweichmanöver entscheiden“, gibt Blankertz zu bedenken. Ein Gedankenspiel, das sich auch auf militärische Anwendungen übertragen lässt. Das USamerikanische Militärforschungsinstitut Darpa arbeitet bereits an Gehirnschnittstellen, mit denen Soldaten Feinde per Fernglas oder auf Satellitenbildern schneller identifizieren können. Was, wenn diese Technologien direkt mit dem Auslöser von Waffen gekoppelt werden? „Wenn solche Signale genutzt werden, umgeht man letzte Entscheidungsinstanzen“, warnt

Blankertz. Der Soldat könnte zwar schneller reagieren. Aber vielleicht möchte er seine Entscheidung im letzten Augenblick korrigieren – ein BCI-System würde ihm diese Entscheidungsfreiheit verwehren.

Ich stülpe die weiße EEG-Haube mit 36 Elektroden über, die schweren Kabel hängen mir wie schlaffe Tentakel vom Kopf Die Arbeitsgruppe von Blankertz arbeitet an ethisch weniger bedenklichen Anwendungen. In mehreren Projekten untersucht sie aktuell, wie sich BCIs sinnvoll in die Arbeitswelt integrieren lassen. Für Siemens haben die Wissenschaftler beispielsweise Mitarbeiter im Leitstand einer Industrieanlage mit einem speziellen BCI-System ausgestattet. Die Fragestellung dahinter: Lässt sich durch die Messung der Hirnsignale feststellen, ob eine Warnmeldung wirklich wahrgenommen wurde? Ähnliche Systeme könnten auch Zugführer im ICE unterstützen – und Unfälle vermeiden helfen. ↘

Labor-Mode: Mit EEG-Hauben zapfen Forscher Hirnsignale an, etwa um sie zur Steuerung von Computern zu nutzen. Verlässlich funktionieren Brain-Computer-Interfaces bisher jedoch nur im Experiment.

Der Mathematiker Benjamin Blankertz befasste sich mit der Verarbeitung akustischer Reize, bevor er zur Entwicklung von Hirn-ComputerSchnittstellen kam. Er ist Professor für Neurotechnologie an der Technischen Universität Berlin.

In dem Versuch von Blankertz’ Arbeitsgruppe, an dem ich nun teilnehme, geht es um die Entwicklung einer wissenschaftlichen Rechercheplattform, deren Bedienung durch ein direktes Auslesen der Hirnaktivität unterstützt wird. Der Computer verfolgt meine Augenbewegungen und leitet aus den EEG -Signalen ab, welche der angezeigten Begriffe mich interessieren. Als ich im Labor ankomme, hat der Informatiker Mihail Bogojeski schon alles vorbereitet: Ich stülpe die weiße EEG -Haube mit 36 Elektroden über, die schweren Kabel hängen mir wie schlaffe Tentakel vom Kopf. Bogojeski verbindet die Schnittstelle mit dem BrainAmp – einer Art Verstärker für Hirnsignale – und beginnt, jede einzelne Elektrode mit Kontaktgel zu unterspritzen. Es dauert eine knappe Stunde, bis ich verkabelt bin. Dann muss der Algorithmus trainiert werden: Der Computer misst meine persönlichen EEG -Signale und lernt, sie richtig zu interpretieren. Nach 45 Minuten beginnen die Maschine und ich uns langsam zu verstehen. Regungslos sitze ich da und richte meine Aufmerksamkeit auf die am Computerbildschirm aufblinkenden Begriffe. Es ist faszinierend: Nach einiger Zeit klappt es wirklich. Der Computer registriert meine Hirnsignale und passt die Suchergebnisse entsprechend an. Was den Entwicklern für die Zukunft vorschwebt: eine Art symbiotische Suchmaschine, bei der Eingaben über die Tastatur um kognitive Signale ergänzt werden.

Doch noch ist die Entwicklung alltagstauglicher EEG -Geräte eine der größten Herausforderungen auf dem Weg zu reibungslos funktionierenden BCIs. Präzise Messungen sind ohne operative Eingriffe bis heute nur mit Nasselektroden möglich – oder in der schmerzhaften Variante mit Trockenelektroden, die mit großem Druck auf die Schädeldecke gepresst werden. Ich muss nach dem Test jedenfalls erst mal Haare waschen. Wenige Tage später erhalte ich eine Mail von Haynes. Meine Ergebnisse sind da. „Wir konnten mit 100-prozentiger Genauigkeit unterscheiden, welchen Raum Sie gerade sahen“, schreibt er. Ob ich in einem Raum vorher schon war, ließ sich mit 80-prozentiger Genauigkeit ablesen. Wissenschaftlich betrachtet liegt das weit über Zufallsniveau – die Forscher konnten meine Gedanken also tatsächlich auslesen. Ein juristisch gültiges Beweismittel ist das jedoch nicht. Verraten haben mich übrigens spezifische Muster im medialen Parietalkortex und im parahippocampalen Campus – Hirnareale, die mit dem Gedächtnis und mit räumlich-visuellen Eindrücken zu tun haben. Als Einbrecher wäre ich trotzdem davongekommen. 

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Digitale Gedankenwelt: Die EEG-Signale vom Kopf des Probanden werden über Kabel in den Kontrollraum der Forscher geleitet – und unterwegs von einem BrainAmp verstärkt.

Der Psychologe und Hirnforscher John-Dylan Haynes war schon als Jugendlicher von der Macht des Unterbewussten fasziniert. Heute ist er Professor für Theorie und Analyse weiträumiger Hirnsignale am Bernstein Center for Computational Neurosciences und einer der führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet des Brain Reading.

Der forensische Psychiater Hans-Ludwig Kröber erkundet das Denken und Entscheiden von Verbrechern – und warnt davor, die Schuld für Straftaten im Gehirn zu suchen

Nach besonders grausamen Verbrechen heißt es oft, der Täter sei ein Monster, er sei psychisch krank oder in seinem Gehirn stimme etwas nicht. Doch psychische Krankheit ist nur selten die Ursache einer Straftat. Weit mehr als 99 Prozent der psychisch Kranken werden nie straffällig. Bei zwei Gruppen spielen psychische Störungen jedoch eine gewichtige Rolle für Straffälligkeit. Einerseits bei Psychosekranken, die sich akut bedroht und verfolgt fühlen und deswegen Gewalthandlungen begehen. Ihre Hirnbefunde unterscheiden sich jedoch nicht von denen der übergroßen Mehrheit an Schizophrenen, die keine Gewalttaten begehen. Andererseits bei Tätern, die eine Persönlichkeitsstörung haben. Vor einigen Jahren habe ich Mario M. begutachtet. Er hatte eine Jugendliche entführt, in seine Gewalt gebracht und fünf Wochen lang gefangen gehalten. M. ist weit überdurchschnittlich intelligent, sehr eigenwillig, sehr narzisstisch. Er hat eine ausgeprägte Persönlichkeitsstörung, eine

„Alles, was Menschen denken und tun, hat neuronale Korrelate: Diese erklären aber nichts.“ Generalabsolution für jegliches Verbrechen – von der Steuerhinterziehung bis zum Massenmord. Das Gehirn war ja schuld, nicht der Täter. Forensische Psychiater sehen das anders. Alles, was Menschen denken und tun, hat neuronale Korrelate: Diese erklären aber nichts. Unsere Erfahrungen bestimmen unser Handeln, nicht die Tatsache, dass sie neuronal gespeichert werden. Wir

kümmern uns um die Frage, warum Menschen Straftaten begehen. Unsere Aufgabe ist es, den Juristen und der Allgemeinheit eine Antwort darauf zu geben, ob von Tätern weiterhin ein Risiko ausgeht. Dem kann man durch Hirn-Kartierung nicht auf die Schliche kommen, sondern nur durch intensive Beschäftigung mit der Person. Die Psychiatrie hat lange nur auf die Person des Täters geschaut, auf das klinische Bild und auf mögliche Hirnschädigungen. Gerade bei dissozial Persönlichkeitsgestörten wie Mario M. berücksichtigen wir inzwischen aber viel stärker das Wechselverhältnis zwischen dem sozialen Rahmen und dem Individuum. Fast die Hälfte aller Straffälligen ist unter katastrophalen Bedingungen aufgewachsen, hat als Kind Gewalt erlebt oder ansehen müssen. Doch auch hier gilt: Wer so aufwächst, wird nicht zwangsläufig straffällig – die allermeisten werden es nicht. Wie also schätzen wir einen Fall wie Mario M. ein? Die Frage lautete, ob man ihm wegen seiner Persönlichkeitsstörung, also dem, was Juristen „schwere seelische Abartigkeit“ nennen, eine verminderte Schuldfähigkeit zuschreibt. Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass M. ein starkes Motiv hatte, eine starke Selbstrechtfertigung, die sozialwidrig und normwidrig ist. Die Entscheidung für oder gegen diese Straftat lag durchaus im Rahmen seiner Möglichkeiten. M. hat sich für diese böse Tat entschieden, nicht sein Gehirn an seiner Stelle. 

Hans-Ludwig Kröber ist einer der profiliertesten Gerichtsgutachter Deutschlands. Seit 1996 ist er Direktor des Instituts für Forensische Psychiatrie an der Berliner Charité. In seinem Buch „Mord. Geschichten aus der Wirklichkeit“ erzählt er anhand wahrer Fälle, was Menschen zu Mördern macht (Rowohlt, 2012).

Aufgezeichnet von Martin Kaluza

Das Böse ist kein Hirndefekt

narzisstische Selbstüberhöhung, hielt sich für genial. Von außen betrachtet führte er ein sehr eingeschränktes Leben, aber mit großen Fantasien und Plänen. Er wusste genau, dass seine Tat verboten war, und hat sie entsprechend sorgfältig geplant. Es war ihm bewusst, dass er diesem Mädchen, das er verschleppt und zum Sex zwingt, Gewalt antut, dass das Mädchen darunter leidet und er dessen Rechte verletzt. Er hat es sich schöngeredet: Die wahre Liebe würde schon irgendwann kommen. Einige Neurobiologen wie Gerhard Roth und Wolf Singer vertreten lautstark eine These, die darauf hinausläuft, dass es das Böse nicht gebe, ebenso wenig wie Verantwortung und individuelle Schuld. Sie behaupten, weil es für das menschliche Denken, Fühlen, Wahrnehmen, Urteilen und Handeln eine materiale Basis in Form des Gehirns gebe, sei nicht der Mensch, sondern dessen Gehirn die determinierende Ursache allen Handelns. Freiheit sei nichts weiter als eine Illusion. Das endet in einer

Albert fragt …

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Sind wir wirklich zum Multitasking fähig? Aufgezeichnet von Ragnar Vogt 49

Es gibt natürlich Aufgaben, die unser Gehirn gleichzeitig bewältigen kann. Zum Beispiel können wir Autofahren und dabei ein Gespräch mit dem Beifahrer führen. In vielen anderen Situationen dagegen ist unser Gehirn nicht fähig, mehrere Dinge zur selben Zeit zu tun. Wann ist das der Fall? Als Faustregel gilt: Immer dann, wenn wir bewusst über etwas nachdenken oder eine Entscheidung treffen müssen. Sobald etwa der Autofahrer in eine Verkehrssituation kommt, die seine Aufmerksamkeit für solche Dinge erfordert, unterbricht er sein Gespräch. Diese Einschränkung des Gehirns sehen wir in unseren Experimenten besonders deutlich, wenn Testpersonen sich zwischen einfachen Alternativen entscheiden sollen – zum Beispiel rechts oder links

abzubiegen. Für solche Entscheidungen benötigen sie circa 200 Millisekunden. Bekommen sie aber gleichzeitig zwei Aufgaben, die jeweils eine Entscheidung verlangen, verdoppelt sich die Zeit. Bewusste Entscheidungen kann unser Hirn also nur nacheinander abarbeiten. Im Alltag strömen zwar ständig auf vielen Kanälen gleichzeitig neue Informationen auf uns ein, die nach Multitasking verlangen. Doch leider sind wir dazu meistens nicht in der Lage.

Der Experimentalpsychologe Torsten Schubert ist Professor am Institut für Psychologie der Humboldt-Universität zu Berlin. In seiner Forschung beschäftigt er sich unter anderem damit, wie das Gehirn mit zwei Aufgaben gleichzeitig umgeht.

Gut gescheitert?

Rückschläge gehören zur Wissenschaft, doch niemand redet gern über sie. Albert hat Berliner Neurowissenschaftler gefragt, ob Fehler sie vorangebracht haben

„Wissenschaft ist keine Schicksalsangelegenheit“ Vittorio Gallese

genden und wichtigen Fragen nachzugehen – ihr seid privilegiert, auch wenn ihr viel weniger Geld verdient als euer Schulkamerad, der Broker geworden ist. Der Neurophysiologe Vittorio Gallese ist Einstein Visiting Fellow

Aufgezeichnet von Christina Bylow, Martin Kaluza, Daniel Kastner, Mirco Lomoth, Dietrich von Richthofen 51

Scheitern ist etwas wirklich Ärgerliches, am meisten ärgert man sich dabei über sich selbst. Aber natürlich lernt man auch eine Menge. Wissenschaft ist ja keine Schicksalsangelegenheit. Man muss Hypothesen wagen, manche Teile davon bestätigen sich, andere nicht oder nicht in der Weise, wie man es erwartet hat. 2003 habe ich einen Artikel über Schizophrenie verfasst, der im Journal of Psychopathology erschienen ist, er hieß „The Roots of Empathy“. Darin habe ich die Hypothese aufgestellt, dass man Schizophrenie als ein Empathie-Defizit charakterisieren könne, welches durch eine Fehlfunktion von Spiegelneuronen entsteht. Nach vielen Jahren empirischer Forschung und vielen weiteren Artikeln zu diesem Thema muss ich heute sagen, dass die Dinge viel komplizierter sind als damals angenommen. Zwar wurde meine ursprüngliche Hypothese teilweise bestätigt, da wir zeigen konnten, dass bei schizophrenen Patienten die Spiegelneuronen weniger aktiv sind. Doch das ist nur ein Teil der Wahrheit. Wir haben in der Zwischenzeit viele andere Mechanismen entdeckt, die weit über die ursprüngliche Hypothese hinausgehen und zu neuen Fragen und Hypothesen führten. Das zeigt uns wieder mal, dass wir unsere Hypothesen immer wieder an empirischen Ergebnissen überprüfen und korrigieren müssen. Aber es ist auch ein Grund dafür, warum es so aufregend ist, Wissenschaftler zu sein. Jeder Tag ist anders, es gibt keine Routine. Ich sage zu jungen Leuten oft: Als Forscher könnt ihr euer Leben damit verbringen, sehr aufre-

an der Berlin School of Mind and Brain. Im Sommer 1991 entdeckte er mit Kollegen eine neue Klasse von Neuronen, die Spiegelneuronen. Über die Entdeckung und über seine Liebe zu Verdi-Opern spricht er ab S. 68.

„Das Scheitern in der Replikation war für viele von uns ein Weckruf!“ Ulrich Dirnagl

Im Centrum für Schlaganfallforschung Berlin wurde ein völlig neuer Ansatz entwickelt, der es möglich macht, Patienten mit Schlaganfall erstmals schon auf dem Weg zum Krankenhaus zu behandeln. Durch ein spezielles Rettungsfahrzeug, das sogenannte STEMO, in dem ein Neurologe mitfährt und das auch einen Computertomografen an Bord hat, kann die Therapie bei dieser Erkrankung, bei der „time is brain“ gilt, erstmals innerhalb der ersten Stunde nach Symptombeginn einsetzen (siehe dazu den Beitrag „Zeit ist Hirn“ ab Seite 92). Wir wollten diese einmalige Chance nutzen, um das weltweit in Tiermodellen effektivste Medikament für Schlaganfälle durch Replikationsexperimente zu identifizieren, um damit dann eine klinische Therapiestudie im STEMO durchzuführen. Leider gelang es uns nicht, die Wirkung auch nur einer der getesteten und in der Literatur als hocheffektiv beschriebe-

nen Substanzen zu replizieren. Dieses eigentlich traurige Scheitern in der Replikation von zum Teil hochrangig publizierten Ergebnissen war für viele von uns ein Weckruf! Es führte zu einer kritischen Analyse unserer präklinischen Forschung, bei der wir eine Reihe von Faktoren identifizieren konnten, die zu mangelhafter Robustheit und Reproduzierbarkeit von Experimenten führen. Seither arbeiten wir konsequent und systematisch an der Verbesserung der Vorhersagekraft für eine klinische Übertragung unserer Schlaganfallforschung. Der Neurologe und Schaganfallforscher Ulrich Dirnagl ist Direktor der Abteilung für Experimentelle Neurologie an der Charité. In diesem Heft fordert er mehr Mut zum Scheitern und einen Kulturwandel in der biomedizinischen Forschung, ab Seite 36.

„Offen und ehrlich mit Fehlern umgehen“ Peter Vajkoczy

Man scheitert nie gerne – und dass man etwas daraus gelernt hat, erkennt man immer erst hinterher. Chirurgisch habe ich sehr viel aus meinen Fehlern gelernt: Wie man sie von vornherein vermeidet oder Plan B und C für unvorhergesehene Komplikationen vorbereitet. Eine wichtige Erkenntnis ist aber auch, dass man Fehler nicht vollständig vermeiden kann und offen und ehrlich damit umgehen muss. Man lernt, auf dem Boden zu bleiben. In meiner Forschungsarbeit habe ich mit Kollegen mal vier Jahre an einer Fragestellung gearbeitet, die wichtig und neu für die Hirntumor-Forschung war. Es ging darum, dass nicht, wie bisher angenommen, Entzündungs- ↘

zellen aus dem Blut eine hohe Relevanz bei Hirntumoren haben, sondern vielmehr Mikrogliazellen. Mit einem Knochenmark-Chimären und einem Transplantationsmodell haben wir das nachgewiesen. Als wir das Ergebnis gerade bei einem bedeutenden Journal eingereicht hatten, kam die Arbeit von Marco Prinz et al. in Nature Neuroscience raus – gleiches Ergebnis, aber ein eleganterer experimenteller und genetischer Ansatz. Es hat zwei Jahre gedauert, bis unser Manuskript in einem weniger bedeutenden Journal endlich publiziert wurde. Doch es wurde von den Fachkollegen wahrgenommen und wird bis heute häufig zitiert. Das hat mir gezeigt, dass gute und sorgfältige Arbeit langfristig immer die Aufmerksamkeit erhält, die sie verdient. Es hat mir mehr Selbstvertrauen in die eigenen Projekte gegeben. Der Hirnchirurg Peter Vajkoczy ist Direktor der neurochirurgischen Kliniken der Charité. Ab Seite 60 gewährt er einen Einblick in seinen Arbeitsalltag.

„Ich ruderte zurück und gab zu, dass mein erstes Gutachten nicht stimmte“ Hans-Ludwig Kröber

Ich habe mal ein Gutachten über einen kleinen Gauner erstattet, der nach der Wende aus Mannheim in die neuen Bundesländer gegangen ist und mit einer Bande dort insgesamt neun Millionen Deutsche Mark von neu eröffneten Konten abgehoben hat. Er wurde inhaftiert, saß in Heidelberg im Gefängnis und war sehr unruhig und verstört. Ich gab ein Gutachten ab, dass er schwer gestört

sei und daher vermindert schuldfähig. Aber es stellte sich heraus, dass er nur in Dauerpanik war, seinen Anteil an der Beute nie wiederzusehen. Ich musste ihn später noch einmal begutachten und da war er vollkommen entspannt. Es hatte sich also ein dramatischer Wechsel in seinem Zustand ergeben. Ich ruderte zurück und gab zu, dass mein erstes Gutachten nicht stimmte. Aus diesem Fehler habe ich gelernt, wie viel Spielraum in solchen Fällen möglich ist und was man alles übersehen kann. Wir lernen aus Gutachten, die sich hinterher als unzureichend erweisen. Der Gerichtsgutachter HansLudwig Kröber ist Direktor des Instituts für Forensische Psychiatrie an der Charité. Auf Seite 48 warnt er vor der Gefahr, Straftaten im Gehirn zu suchen.

„Wir können Fortschritt durch Scheitern fast nie kommunizieren“ Thomas Südhof

Die meisten Wissenschaftler erleben Momente in ihrer Karriere, in denen es einfach nicht gut läuft. Doch Scheitern ist genauso wichtig wie Erfolg, weil es dazu beiträgt, falsche Entscheidungen und Ideen zu korrigieren. Als Wissenschaftler erleben wir drei Arten von Scheitern. Das in vieler Hinsicht positivste Scheitern ist, wenn man eine Hypothese aufstellt und herausfindet, dass sie falsch ist; denn das bedeutet, man hat einen Erkenntnisfortschritt gemacht. In der Kommunikation wissenschaftlicher Ergebnisse haben wir im Moment jedoch ein Problem, weil wir Fortschritt durch Scheitern fast nie vermitteln können. Keines der wichtigen Journale würde das publizieren.

Ich selbst habe gleich mehrere Male erlebt, dass meine Ideen und Hypothesen nicht zutrafen. Das ist schmerzhaft, aber immer nützlich. Als wir vor 30 Jahren begonnen haben, an der Synapse zu arbeiten, dachten wir, dass bestimmte Proteine, etwa Synaptophysin oder Synapsin, für die Informationsübertragung sehr wichtig seien. Also begannen wir damit, sie zu untersuchen. Unsere Hoffnung war, dass wir nur schnell herausfinden müssten, wie genau sie aussehen und welche Rolle sie spielen, um berühmt zu werden. Aber es stellte sich heraus, dass sie in vielen Fällen überhaupt keine Rolle spielen – und wir nicht mal eben so berühmt werden würden. Unser Fehler war, dass wir auf bestehendem Wissen über wichtige und unwichtige Moleküle aufbauten. Stattdessen sollte man offen sein für Neues und alle Perspektiven einbeziehen, nicht nur die bereits bekannten. Die zweite Art zu scheitern ist, wenn man eine richtige Entdeckung macht, aber Kollegen sie nicht akzeptieren oder Journal-Redakteure sie nicht verstehen. Das ist kein wissenschaftliches Scheitern, sondern ein Scheitern an der Kommunikation. Es gibt enorme Probleme, die mit dem Apparat zu tun haben, der die Wissenschaft umgibt, vor allem mit der Publikation wissenschaftlicher Ergebnisse. Das größte Problem ist, dass die Redakteure von wissenschaftlichen Zeitschriften unbegrenzte Macht haben, aber häufig nur begrenztes Wissen – und außerdem oft unter Interessenkonflikten leiden. Ob ein Manuskript überhaupt veröffentlicht wird oder nicht, entscheiden Redakteure, und zwar ausschließlich aufgrund von persönlichem Geschmack – es gibt hier keine überprüfbaren Kriterien. Mir ist es mehrfach passiert und es passiert mir immer wieder, dass ich Entdeckungen, die ich für wichtig halte, nicht

Albert Gut gescheitert?

veröffentlichen kann. Als Autor bin ich natürlich voreingenommen gegenüber meinen eigenen Arbeiten, und denke immer, dass wir gute Sachen machen, was am Ende nicht immer wahr ist. Aber manche unsere Manuskripte sind wirklich gut, obwohl sie abgelehnt werden! Die dritte Art des Scheiterns ist, wenn man auf der Karriereleiter nicht aufsteigt, weil man einen Preis nicht bekommt oder einen Posten. Es gab so manche Stelle, die ich gerne gehabt, so manchen Preis, den ich mir gewünscht hätte – aber letztlich haben dann Leute die Stellen und Preise erhalten, die dafür besser geeignet waren, und mein Leben war dadurch auch nicht schlechter.

andere als ursprünglich erwartet. Ich neige ohnehin nicht dazu, mich vorab zu stark auf eine Theorie festzulegen. Man sollte immer die Theorie wählen, die die Daten am besten erklärt. Einen solchen Perspektivwechsel sehe ich nicht als Scheitern an, eher als Lernen. Es gibt auch viele Situationen, in denen unsere Methoden nicht die Erwartung erfüllen, dass sie Licht in bestimmte Hirnprozesse bringen. Aber auch da bin ich optimistisch, dass die Zukunft bessere Techniken bringen wird und wir diese Fragen dann beantworten können.

es ins Gewebe eintritt. Wir konnten das mathematische Modell so verändern, dass es genau zu unseren Daten passt. Überraschenderweise haben wir dabei auch herausgefunden, wie man die Streuung eines Lichtstrahls im Gewebe rund 100-mal schneller messen kann als bisher. Jetzt messen wir nur noch die wahrscheinlichsten Stellen und füllen den Rest mit vorhandenen Daten digital auf. Das ist ein wirklich großer Fortschritt. Scheitern ist manchmal genauso wichtig, wie Erfolg zu haben.

John-Dylan Haynes ist Professor

meyer ist Einstein International Post-

für Theorie und Analyse weiträumi-

doctoral Fellow am Judkewitz Lab an

ger Hirnsignale am Bernstein Center

der Charité. Albert begleitete ihn und

for Computational Neuroscience und

den Neurobiologen Michiel Remme

Der Biochemiker und Nobelprei-

am Berlin Center for Advanced Neu-

auf einen Ausflug in den Treptower

träger Thomas Südhof ist Einstein

roimaging. Ab Seite 38 beschreibt

Park, ab Seite 80.

BIH Visiting Fellow am Rosenmund

unser Autor Dietrich von Richthofen,

Lab an der Charité. Ab Seite 22

wie er sich in Haynes’ Labor das Ge-

spricht er über seine Berliner For-

hirn auslesen lässt.

schung und die Zukunft der Neuorwissenschaften.

„Perspektivwechsel sehe ich nicht als Scheitern an“ John-Dylan Haynes

Scheitern ist ein sehr starker Begriff. Es gab in meiner Karriere viele Situationen, in denen die Ergebnisse anders waren, als ich erwartet hatte, und sich eine Theorie als falsch herausstellte. Aber daraus kann man immer etwas lernen. Ein Beispiel: Neulich hatten wir die Erwartung, dass Probanden nicht dazu in der Lage sein würden, einmal im Gehirn angebahnte Entscheidungen noch einmal zu ändern. Es stellte sich dann heraus, dass Probanden das sehr wohl können. Das lässt wichtige Schlüsse in Bezug auf die Mechanismen der Entscheidungsfindung zu aber eben

„Scheitern ist manchmal genauso wichtig wie Erfolg“ Roarke Horstmeyer

Ich bin vor einiger Zeit daran gescheitert, ein bestehendes mathematisches Modell für die Berechnung der Streuung von Licht im Hirngewebe anzuwenden. Das ist notwendig, um klare Bilder von Neuronen im Gehirn zu bekommen. Doch die Daten, die wir mit unseren Mikroskopen messen konnten, haben nicht erwartungsgemäß zum Modell gepasst. Das hat uns zunächst entmutigt. Aber durch diesen Rückschlag haben wir herausgefunden, dass das Modell fälschlicherweise davon ausgeht, dass Licht im Gewebe in alle Richtungen gleichmäßig streut. Unsere Messungen hingegen ergaben, dass es nur der Richtung folgt, in der

Elektro-Ingenieur Roarke Horst-

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Springer zwischen den Welten

Dieser federnde Gang. Ignoriert einfach mehr als acht Jahrzehnte Lebenszeit, als sei das nichts. Eric Kandel entert das Podium des Audimax der Berliner Humboldt-Universität mit der Leichtfüßigkeit eines Tänzers. Er trägt einen blauschimmernden Anzug, auf dem weißen Hemdkragen prangt eine schwarzgepunktete rote Fliege. Langer Applaus, eine Dame im Publikum wirft Kusshändchen nach oben, Eric Kandel wirft Küsschen zurück. Der Saal ist überfüllt an diesem Abend, die Türen zum Foyer bleiben offen. Junge Leute kauern neben ihren Rucksäcken auf dem Boden, in der ersten Reihe sitzt Denise Kandel, Professorin der Medizinsoziologie und seit 60 Jahren mit Eric Kandel verheiratet. Als dieser seinen Laptop aufklappt, ist für einen Moment ein Foto von ihr auf der Leinwand zu sehen, dann der Titel seines Vortrags: „The Role of Functional Prion-Like Proteins in the Persistence of Memory: A Perspective“. Um prionartige Proteine wird es gehen und ihre Bedeutung für die Beständigkeit von Erinnerung. Eingeladen hat ihn die Leopoldina, Nationale Akademie der Wissenschaften, die älteste Gelehrtengesellschaft in Deutschland. Noch bevor Kandel über die winzigen Eiweißpartikel spricht, die als „Killer-Proteine“ schlecht beleumundet sind, zu Unrecht, wie er

erklären wird, lobt er Deutschlands Kanzlerin für ihre Politik der offenen Grenzen in der Flüchtlingskrise. Verhaltener Beifall. Kandel lässt sich nicht beirren. „Ich habe ein besonderes Gefühl im Hinblick auf Deutschland. Das Land ist offen und ehrlich mit seiner Vergangenheit umgegangen. Im Gegensatz zu Österreich, das sich lange zu den Opfern des Nationalsozialismus zählte.“ Er sagt es auf Englisch, das längst zu seiner Muttersprache geworden ist. Wenn Kandel deutsch spricht, was er nicht gern tut, dann mit einem nasalen Wiener Akzent. Wien war das Paradies, aus dem er vertrieben wurde. Im November 1938 jagten GestapoMänner die jüdisch-österreichische Familie aus ihrer bescheidenen Wohnung im neunten Bezirk. Erich Kandel, damals neun Jahre alt, erlebt, wie der Vater verhaftet wird, die Wohnung geplündert. 70 Jahre später wird er in seinem viel gelesenen Lebens- und Forschungsbericht „Die Suche nach dem Gedächtnis“ schreiben: „Es ist schwierig, die komplexen Interessen und Handlungen eines Erwachsenenlebens auf einzelne Erfahrungen in Kindheit und Jugend zurückzuführen. Trotzdem bin ich davon überzeugt, dass mein späteres Faible für den menschlichen Geist – dafür, wie sich Menschen verhalten, wie unberechenbar ihre Motive ↘

Text Christina Bylow

Eric Kandel, Popstar der Neurowissenschaft, bekam den Nobelpreis für seine Forschungen zum menschlichen Gedächtnis. Inzwischen schlägt er Brücken zwischen Kunst und Wissenschaft. Eine Begegnung in Berlin

und wie dauerhaft Erinnerungen sind – auf mein letztes Jahr in Wien zurückgeht.“ Die Eltern, die ein kleines Spielwarengeschäft betrieben, schickten die beiden Söhne zu Verwandten nach New York, ein Jahr später gelang auch ihnen die Flucht. Kandels Weg ist fortan der eines hochbegabten Emigrantenkindes, das jede Möglichkeit nutzt, seiner Wissbegier und Lust am Lernen zu folgen. Ein geglücktes Leben nimmt seinen Lauf, voller Optimismus und Begegnungen mit Persönlichkeiten, die ihn leiten und inspirieren wie der Psychoanalytiker Ernst Kris. Ihm verdankt Kandel nach seinem ersten Studium der Literatur und Geschichte in Harvard seine Hinwendung zur Medizin und zur Psychoanalyse. Der Neurologe Harry Grundfest weckt sein Interesse für die Biologie des Gehirns.

Kandels bevorzugtes Versuchsobjekt ist die mit ihm berühmt gewordene Meeresschnecke Aplysia californica Damals ein unpopuläres Gebiet. Kandel wird es nie wieder verlassen und ihm bahnbrechende Erkenntnisse hinzufügen. Vor allem interessieren ihn die Zusammenhänge zwischen Lernprozessen und Hirnveränderung. In den 1990er Jahren entdeckt Kandel zusammen mit anderen Forschern prionartige Proteine, die eine Schlüsselrolle bei der Speicherung von Ereignissen und Inhalten aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis spielen. Unter dem Einfluss dieser Proteine nimmt die Anzahl der Synapsen bei wiederholten intensiven Lernvorgängen zu, das Langzeitgedächtnis entsteht. Lernen, das war nun bewiesen, verändert das Gehirn bis in seine neuroanatomische Struktur hinein. Kandels bevorzugtes Versuchsobjekt bei diesen Untersuchungen ist die mit ihm berühmt gewordene Meeresschnecke Aplysia californica, ein Tier mit ungewöhnlich großen Nervenzellen und einer durchaus vorhandenen Lernfähigkeit. Auf dem Wegweiser zur Vorlesung Kandels im Eingang der Humboldt-Universität

ist Aplysia in ihrer ganzen gefleckten Pracht zu sehen – mit der Nobelpreis-Medaille um den glitschigen Hals. Kandel hatte das Bild während seiner Nobelpreis-Rede in Stockholm an die Wand projiziert. Begleitet von seinem charakteristischen unbändigen Lachen. Der Nobelpreis, den er zusammen mit Arvid Carlsson und Paul Greengard im Jahr 2000 entgegennahm, markierte nicht, wie seine Frau befürchtete, das Ende seiner Forschungstätigkeit. Kandel setzt seine neurologischen Forschungen fort und schlägt parallel sogar eine neue Richtung ein – er wendet der Geistesgeschichte einer einzigartigen, unwiederbringlichen Ära, der Wiener Moderne um 1900 zu. Hier findet Kandel, was er bei aller Forschung im Labor nie aus den Augen verloren hat: die Brücke zwischen Wissenschaft und Kunst. Darüber hätte er in Berlin auch lieber gesprochen, sagt Kandel nach dem Vortrag. Aber die Gastgeber wollten einen Abriss seiner aktuellen Forschung, und so erklärte er unter anderem, wie die neu entdeckte Prion-Variante TIA weiblichen Mäusen ermöglicht, psychischen Stress abzufedern. Seit 15 Jahren beschäftigt Kandel sich schon mit Prionen, winzigen Eiweißpartikeln. Killer-Proteine wurden sie genannt, weil sie die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit und BSE verursachen können. Doch nicht alle Varianten sind schädlich. Die gutartigen tragen dazu bei, Synapsen zu stabilisieren. Im Anschluss signiert er, was ihm seine Fans unter die Augen halten. Den knapp 1.000 Seiten dicken Wälzer „Neurowissenschaften. Eine Einführung“ – „Was, damit schleppen Sie sich ab!“ – ebenso wie seine große Studie „Das Zeitalter der Erkenntnis“, 2012 erschienen. Beim Anblick des Covers mit dem vergoldeten Antlitz von Adele Bloch-Bauer, gemalt von Gustav Klimt, hellt sich Kandels feines, freundliches Gesicht mit den lebhaften braunen Augen immer wieder auf. Sein Buch ist nicht nur ein Grundlagenwerk über Kunst, Ästhetik, den Sehprozess und Kognitionspsychologie, sondern auch Zeugnis seiner Sehnsucht nach einer untergegangenen Welt. Einer Welt, in der sich Künstler, Ärzte, Wissenschaftler, Schriftsteller und Philosophen in Salons und Kaffeehäusern miteinander austauschten. An drei Malern, Schiele, Kokoschka und Klimt, zeigt Kandel, wie sich deren Blick

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auf den Menschen gerade in ihren Porträts mit Freuds Theorie des Unbewussten und den neuesten Erkenntnissen aus der Medizin verbinden. Und er erklärt, warum dem Betrachter die sublimen Porträts aus der Zeit der Jahrhundertwende nicht aus dem Sinn gehen. „Dass wir auf die figurativen und emotionalen Aspekte von Gesichtern in der Kunst intensiv reagieren, liegt teilweise daran, dass die Gesichtswahrnehmung so zentral für das soziale Miteinander, für Gefühle und Erinnerungen ist. Tatsächlich beansprucht die Gesichtswahrnehmung im Menschengehirn mehr Raum als jede andere figurative Repräsentation.“ Ein Gespräch über seine ganz persönliche Liebe zur Kunst, die auch die Liebe eines Sammlers ist. Das hatte er in Aussicht gestellt. Was für ein Versprechen! Zu schön, um es im durchgetakteten Zeitplan seines Berlin-Besuchs unterzubringen. Stattdessen eine Verabredung zum Skypen, ganz zeitgemäß. Zwischen Berlin und New York, seinem Institut an der Columbia University. Doch Skype ist keine Kaffeehauskonversation, insbesondere wenn die elektrischen Entladungen eines Gewitters die Datenübertragung gewaltig durchkreuzen. Kandels Gesicht taucht auf und verschwindet wieder. „Ach, da verpassen Sie nicht viel“, sagt er, als er wieder da ist. Im Hintergrund die Umrisse seines Labors und vergnügte Mitarbeiterinnen. Welches war sein erstes Bild? „Trude. Eine Lithografie von Oskar Kokoschka von 1922. Das Bild eines jungen Mädchens. Ich habe es 1964 in einer Galerie in Boston gekauft. Es hat mich an das verlorene Wien meiner Kindheit erinnert.“ Was löst bei ihm den Impuls aus, ein Werk erwerben zu wollen? „Es ist wichtig, dass das Werk ein bestimmtes Stadium in der Laufbahn eines Künstlers beschreibt, denn es ist wunderbar, die Entwicklung eines Künstlers von seinen Anfängen bis zum Spätwerk zu verfolgen. Uns faszinieren auch die Varianten einer Arbeit. Von Edvard Munchs ‚Der Kuss‘ haben wir eine Radierung und einen Holzschnitt. Dabei sieht man, wie er mit demselben Thema in unterschiedlichen Kunstformen umgeht.“ Inzwischen genießt Kandel seine Schätze noch intensiver als früher: „Wir sind aus unserem Haus am Hudson ausgezogen und wohnen nun in einem großen Apartment in Manhattan. Nun sind die Wän-

de voll. Ich spaziere in der Wohnung herum wie in einer Galerie. Die Kunst muntert mich auf, inspiriert mich, macht mir einfach Freude. Der neue Raum verändert meinen Blick. Ich habe erst jetzt wirklich wahrgenommen, wie skulptural die Kunst von Günther Uecker ist.“

„Die Kunst muntert mich auf, inspiriert mich, macht mir einfach Freude.“ Kandel studiert an der Kunst ein Verfahren, das er selbst in seiner wissenschaftlichen Arbeit verwendet. Das der Reduktion. Die Ergebnisse seiner Untersuchungen an einfachen Organismen wie der Meeresschnecke Aplysia californica ließen sich entgegen der Meinung mancher Kritiker auf die komplexeren Strukturen von Wirbeltieren übertragen. Nun fand er Wahlverwandte unter den Künstlern. Darunter Pollock, Rothko, Flavin, Katz: allesamt Meister der Reduktion. Er hat ein neues Buch darüber geschrieben. „Reductionism in Art and Brain Science“. Gerade ist es in den USA erschienen. Das ist das letzte Bild: ein lächelnder, altersloser Mann mit blauem Hemd und dunkler Fliege, der sein jüngstes Buch in die Kamera des Computers hält. 

Eric Kandel, geboren 1929 in Wien als Kind einer jüdischen Familie, ist einer der bedeutendsten Neurowissenschaftler des 20. Jahrhunderts. Im Jahr 2000 erhielt er für seine Entdeckungen zur Signalübertragung im Nervensystem zusammen mit Arvid Carlsson und Paul Greengard den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Seit 1974 ist er Professor am Institut für Physiologie und Psychiatrie der Columbia University in New York. Kandel hat zwei erfolgreiche Bücher geschrieben, in denen er sein Forschungsinteresse, Wissenschaftsgeschichte und Autobiografie verbindet. „Auf der Suche nach dem Gedächtnis“ (Goldmann, 2014) und „Das Zeitalter der Erkenntnis“ über die Wiener Moderne um 1900 (Pantheon, 2014). Zuletzt erschien in den USA sein neuestes Buch über reduktionistische Ansätze in Hirnforschung und Kunst (Columbia University Press, 2016). Kandel ist Mitglied der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften.

Lost in Translation Viele Erkenntnisse in den Neurowissenschaften entstehen durch Forschung an Fruchtfliegen und anderen Modellorganismen. Die Ergebnisse auf den Menschen zu übertragen, ist jedoch nicht immer einfach

Ihr Gehirn wiegt zwar nur 0,25 Milligramm und hat nicht einmal die Größe eines Brotkrümels – dennoch hat die Fruchtfliege ein Gedächtnis. Und auch sie wird, wie der Mensch, im Alter vergesslich. Welche molekularen Mechanismen stecken hinter dem altersbedingten Gedächtnisverlust? Und wie lässt er sich aufhalten? „Die Fliege ist ein idealer Modellorganismus, um solche Fragen zu erforschen“, sagt der Berliner Neurowissenschaftler und Einstein-Professor Stephan Sigrist. Functional Food fürs Fliegenhirn

Einige Antworten hat sein Team bereits geliefert. Mit einem spermidinhaltigen Nahrungsergänzungsmittel konnten die Forscher dem alternden Fliegenhirn auf die Sprünge helfen. Spermidin aktiviert Reinigungsprozesse, mit denen die Nervenzellen verklumpte Proteine und ausrangierte Zellbestandteile abbauen. Die körpereigene Spermidin-Produktion versiegt mit steigendem Alter zusehends – bei Fliegen wie bei Menschen. Die Zellen können den Zellschrott nicht mehr entsorgen. Verklumpte Proteine, die sich dadurch anreichern, sind die Hauptverdächtigen für die Entstehung von Altersdemenz. Mit ihren Versuchen enthüllten die Forscher 2013 eine kleine Sensation: Die vergreisenden Fliegen, die sich vom Functional Food der Forscher ernährten, zeigten in den Verhaltenstests ein deutlich besseres Erinnerungsvermögen als ihre konventionell gefütterten Artgenossen.

Spermidine – ein Mittel gegen Altersdemenz? Der Ansatz wird mittlerweile in einem Berliner Verbundprojekt von mehreren Arbeitsgruppen verfolgt – mit dem Ziel, eine Präventivtherapie für Altersdemenz zu entwickeln (weitere Strategien gegen Demenz auf Seite 77). Große Lücke zwischen Mensch und Tiermodell

Doch bis dahin ist es noch ein weiter, steiniger Weg. Besonders in den Neurowissenschaften ist die Translation, also die Übertragung von der Grundlagenforschung in die Anwendung, nicht einfach. Viele Wirkstoffe geben in präklinischen Versuchen Potenzial zu erkennen, zeigen aber in klinischen Tests kaum oder gar

keinen Effekt. Zum Teil liegt das an den anatomischen und physiologischen Unterschieden zwischen den Versuchstieren und dem Menschen, befindet ein Team US-amerikanischer Forscher in der Fachzeitschrift Neuron. Tiermodelle können immer nur isolierte Aspekte der Krankheit darstellen, nicht das gesamte Krankheitsbild. Vor allem bei psychiatrischen Erkrankungen ist die Lücke zwischen Mensch und Tiermodell groß – die schizophrene Fruchtfliege oder Maus wird es nie geben. Auch mangelnde Kenntnis der Krankheitsmechanismen sowie möglicher Zielmoleküle und Biomarker – also solcher Moleküle, die eine objektive Beurteilung des Gesundheitszustands zulassen – stellen die Forscher vor Probleme. Die Entwicklung neuer

Menschenhirn Gewicht 1,5 kg Größe 1.300 cm3 Nervenzellen 80.000.000.000

Text Dietrich von Richthofen Illustrationen Lizzy Onk 59

Therapien für neurologische Erkrankungen birgt deshalb große wissenschaftliche Herausforderungen und finanzielle Risiken, was bereits zahlreiche Pharmafirmen abgeschreckt habe, so die US -Forscher. Ein Befund, dem sich auch der Schlaganfallexperte Ulrich Dirnagl von der Neurologischen Abteilung der Berliner Uniklinik Charité anschließt. Intensive Grundlagenforschung habe eine Fülle präklinischer Ansätze für die Schlaganfall-Prävention hervorgebracht, ohne dass auch nur eine einzige darauf basierende klinische Studie zur Zulassung einer neuen Substanz für dieses Anwendungsgebiet geführt habe. Viele Pharmafirmen hätten sich mittlerweile von der Suche nach Wirkstoffen abgewandt, Nihilismus mache sich breit. „Lost in Transla-

tion“ ist in der Wissenschaftscommunity zu einem geflügelten Wort geworden. Hauptgrund sei die mangelnde Aussagekraft vieler präklinischer Studien, so Dirnagl, der sich für höhere Qualitätsstandards einsetzt, um die Übertragung in die Anwendung zu verbessern (siehe dazu Dirnagls Kommentar ab Seite 36). Wie Dirnagl ist auch Sigrist Koordinator des klinischen Forschungsprogramms im Berliner Exzellenzcluster NeuroCure. Der interdisziplinäre Forschungsverbund hat sich dem Ziel verschrieben, wissenschaftliche Erkenntnisse über neurologische und psychiatrische Erkrankungen aus der Grundlagenforschung in die klinische Anwendung zu übertragen. Um das zu erreichen, finanziert NeuroCure Projekte, an denen Grundlagenfor-

Fliegenhirn Gewicht 0,25 mg Größe 0,2 mm3 Nervenzellen 250.000

scher und klinische Forscher über einen längeren Zeitraum gemeinsam arbeiten. Auch Sigrists Arbeiten zur Prävention der Altersdemenz werden nun in einem Verbundprojekt weiterverfolgt, an dem NeuroCure beteiligt ist. „Die erste klinische Studie ist bereits auf dem Weg“, sagt Agnes Flöel, Professorin für Kognitive Neurologie am Universitätsklinikum Charité und Leiterin der Studie. Für sie ist entscheidend, dass die beteiligten Wissenschaftler einen konstanten interdisziplinären Austausch pflegen und die Ergebnisse aus der klinischen Forschung auch zurück in die Grundlagenforschung fließen. Diese Rückübertragung könne viel zum Verständnis der molekularen Mechanismen von Erkrankungen beitragen und wertvolle Informationen für künftige Studien liefern. Die Versuchsteilnehmer der ersten Studie erhalten als Nahrungsergänzung ein Weizenkeim-Extrakt mit hoher Spermidin-Konzentration. Für Vorhersagen zur Wirksamkeit ist es noch zu früh, die klinischen Studien werden erst im Verlauf der nächsten zwei Jahre Resultate erbringen. Sollten die Ergebnisse positiv ausfallen, könnte in dem Projekt eine Präventivsubstanz entstehen, um das Einsetzen der Altersdemenz beim Menschen hinauszuzögern. Für Sigrist ein lohnendes Ziel seiner Forschung: „Schon eine geringfügige Verschiebung nach hinten wäre ein großer Schritt für den einzelnen Patienten und die Gesellschaft.“ 

Protokoll und Fotos Daniel Kastner

Haben Sie gut gemacht

Ein Tag mit Peter Vajkoczy, dem Direktor der Klinik fĂźr Neurochirurgie der CharitĂŠ

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