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Guck mal, wie der denkt

Moderne bildgebende Verfahren bringen bessere Karten des Gehirns und bahnen Wege zum Verständnis der Hirnfunktionen

Von Mia März

Moderne Methoden der Hirnforschung erlauben immer mehr Einblicke in die Tätigkeit unsere kleinen grauen Zellen. Mit einer vor wenigen Jahren noch unvorstellbaren Genauigkeit läßt sich ausmachen, welche Prozesse sich an welcher Stelle im Kopf abspielen.

Dabei ist die Vermutung, daß die verschiedenen Leistungen unseres Hirns jeweils in bestimmten Arealen angesiedelt sind, mindestens zweihundert Jahre alt. Die Versuche des Arztes Franz Joseph Gall (1758-1828), aus den einzelnen Wölbungen des Schädels auf den Charakter eines Menschen zu schließen, erscheinen uns heute zwar absurd. Vielleicht sind sie den Bestrebungen moderner Genetiker vergleichbar, die mit wiederkehrenden Meldungen wie »Gen für Homosexualität/Intelligenz/Kriminalität... entdeckt« für Aufsehen sorgen und das menschliche Wesen aus einzelnen Bestandteilen seiner Erbsubstanz erklären möchten. Damals aber galt es als revolutionär, psychische Vorgänge überhaupt stofflichen Substraten zuzuordnen.

Galls Vorlesungen an der Universität Wien wurden daher wegen der Verbreitung »materialistischen« Gedankenguts verboten.

Beobachtungen an Patienten mit Hirnverletzungen lieferten schon früh erste Informationen darüber, welche Abschnitte des Hirns für Bewegungen, Sehen oder das Erinnerungsvermögen zuständig sind. Tierversuche, bei denen einzelne Regionen zerstört oder mit Elektroden stimuliert wurden, gaben weitere Hinweise. Doch erst seit etwa 20 Jahren können die Neurowissenschaftler dem menschlichen Hirn bei der Arbeit zusehen.

Sie blicken dabei durch unterschiedliche »Gucklöcher«: Bei der Magnet-Enzephalographie (MEG) wird der Proband von allen äußeren Magnetfeldern abgeschirmt, so daß sich die winzigen Magnetfelder der Hirnströme messen lassen. Auch blitzschnelle elektrische Vorgänge im Hirn werden so erfaßt, allerdings läßt die räumliche Auflösung der so gewonnenen Aufnahmen zu wünschen übrig. Gerade umgekehrt ist es bei der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI): Gemessen wird hier die Resonanz, die eine Radiowelle in den von einem starken Magnetfeld ausgerichteten Sauerstoff-Atomkernen des Hirns hervorruft.

Das meßbare »Echo« hängt davon ab, wie stark das Blut mit Sauerstoff beladen ist. Da die tätigen Zellen mehr Sauerstoff verbrauchen als die ruhenden, zeigt die Messung, wo im Hirn gerade mit Hochdruck gearbeitet wird. So lassen sich sehr scharfe Bilder der aktiven Bereiche aufnehmen. Kürzlich gelang es, diese vergleichsweise langsame Methode deutlich schneller zu machen (»Science« Bd. 279, S. 1965-1966, 1998). Bei dem verbesserten Verfahren wird eine ganze Serie von Echos ausgewertet, die ein einziger Radioimpuls auslöst. Dauerte die Aufnahme von fMRI-Bilder früher rund 20 Minuten, sind es heute nur noch Sekundenbruchteile. Ein besonderer Vorteil dieser Methoden: Sie kommen ohne radioaktive Substanzen aus. Wegen der von den Radiowellen erzeugten Wärme gibt es jedoch auch hier Grenzwerte.

Radioaktiv markierte Stoffe, sogenannte Positronenstrahler, kommen dagegen bei der Positronenemissionstomographie (PET) zum Einsatz. So lagern sich radioaktive Doppelgänger von Botenstoffen des Gehirns dort an, wo sie die passenden Rezeptoren vorfinden, oder markierte Zuckermoleküle wandern dorthin, wo der Hirnstoffwechsel gerade besonders viel Brennstoff braucht. Die beim Zusammenstoß der Positronen mit Elek-

tronen freiwerdende Energie läßt sich mit rings um den Kopf angeordneten Meßsonden auf einige Millimeter genau orten. Auf diese Weise wird deutlich, wo im Hirn gerade etwas geschieht und welche biochemischen Vorgänge beteiligt sind. Die PET-Bilder zeigen gewissermaßen nicht nur, wo die Musik spielt, sondern auch, welches Stück gerade intoniert wird.

Diese technischen Möglichkeiten beflügelten die Neurowissenschaftler in den letzten Jahren zu einer Fülle von Studien: Was geschieht wo in unserem Hirn, wenn wir sprechen, Gesichter erkennen oder mit dem großen Zeh wackeln? Die Kartographen des Gehirns können immer genauere Atlanten zeichnen. Dabei gibt es Landmarken, die allen Menschen gemein sind, aber auch große individuelle Unterschiede. So wurde kürzlich in den »Proceedings of the National Academy of Sciences« (Bd. 95, S. 3172, 1998) berichtet: Bei Musikern, die das absolute Gehör besitzen, ist ein bestimmtes Areal in der vorderen linken Großhirnrinde besonders aktiv, wenn es gilt, einen Ton zu erkennen. Normalsterbliche zeigen in diesem Hirnabschnitt keine Reaktion.

Jeder Mensch besitzt also seine eigene, individuell geprägte Landkarte im Gehirn. Doch diese ist keineswegs ein für alle Mal festgelegt. Durch Training können bestimmte Regionen ausgedehnt werden, etwa bei Musikern die Areale, die die Feinmotorik der Finger steuern. Einschneidende Ereignisse führen gelegentlich sogar zu ganz neuen Grenzziehungen: Erblindet ein Mensch, übernehmen offenbar Abschnitte des Hirns, die zuvor für die Verarbeitung optischer Signale verantwortlich waren, neue Aufga-

ben - sie verarbeiten jetzt Informationen des Tastsinns (»Nature«, Bd. 389. S. 180, 1997).

Von großer klinischer Bedeutung sind die modernen Methoden der Hirnkartographie für die Chirurgie. Bevor ein Hirntumor oder Epilepsieherd entfernt wird, kann der Operateur sich genau informieren, welche wichtigen Zentren möglicherweise im Operationsgebiet liegen. Damit steigen die Chancen, Schäden zu vermeiden. Ob die chirurgische Behandlung von Epileptikern, die wegen der teilweise dramatischen Nebenwirkungen in Verruf geraten war, damit wieder einen Aufschwung nimmt, bleibt abzuwarten. Auch ein erneuter Boom von operativen Eingriffen zur »Korrektur von Persönlichkeitsstörungen« erscheint nicht ausgeschlossen.

Seit den Zeiten der Gall'schen Schädelvermessungen hat sich bestätigt: Tatsächlich sind die Funktionen des Hirn einzelnen Regionen zuzuordnen. Für komplexe Leistungen, wie Sprechen, Sehen oder das Erinnerungsvermögen, arbeiten dabei stets mehrere, oft weit auseinander liegende Areale zusammen. Manche Aufgaben sind offenbar nur an ganz bestimmten Orten zu bewältigen, andere sind flexibler. Durch die verschiedenen »Gucklöcher« ins Hirn lassen sich die einzelnen Aktivitäten heute orten. Doch vom Verständnis ihrer Wechselwirkungen sind die Hirnforscher noch weit entfernt. Sie können allenfalls beim Denken zusehen - abhören läßt sich der Funkverkehr der kleinen grauen Zellen bisher nicht. Auch die modernsten Methoden der Hirnforschung taugen nicht zum Gedankenlesen.

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