Hirnforschung

In jedem von uns schlummern geistige Potenziale, die wir nicht ausschöpfen
können. Das soll sich ändern: Forscher wollen unser Hirn durch technische Stimulation auf Höchstleistung trimmen. Werden wir dann alle zu kleinen Einsteins?

Stellen Sie sich vor, Sie stülpen sich eine Art Kappe auf den Kopf – und schon beherrschen Sie mehr als zwanzig Sprachen, rezitieren auswendig aus 10000 Büchern, rechnen mal eben die Kreiszahl Pi auf 5000 Stellen nach dem Komma aus und machen das Auffinden von Primzahlen im Telefonbuch zu Ihrem Hobby. Oder Sie hören ein Tschaikowskij-Konzert — und können das Stück Note für Note nachspielen, auf welchem Instrument auch immer. Kann sein, dass Ihr Kopf dabei zu schmerzen beginnt, das Gehirn ist dieses Feuerwerk der Synapsen einfach nicht gewohnt. Also setzen Sie einfach die Kappe wieder ab und sind wieder einer von uns durchschnittlich Begabten.

Sciencefiction? Keinesfalls! Die Kappen gibt es bereits: Sie heißen »Brain Caps«. Und die Technologie, mit der sie arbeiten, hat auch schon einen Namen: »transkranielle Magnetstimulation« (TMS) – ein Verfahren, bei dem starke Magnetfelder von außen durch den Schädel hindurch die grauen Zellen auf Trab bringen. Ohne jeden Eingriff, ohne biochemische Hilfsmittel der Pharmaindustrie: Kappe aufsetzen, Strom einschalten, fertig. Das Ziel, das die Neurowissenschaftler mit TMS und anderen verwandten Technologien in den kommenden Jahren erreichen wollen, könnte ehrgeiziger kaum sein: Sie träumen vom Menschen, der zu jedem beliebigen Zeitpunkt alle geistigen Potenziale aktivieren kann, die sonst unentdeckt in ihm schlummern.

Dabei ist die TMS so neu nicht: Mit ihrer Hilfe ist es bereits gelungen, bestimmte neurologische Krankheiten wie Tinnitus, Epilepsie oder Parkinson, aber auch Depressionen zu heilen oder zu lindern. Schaut man zurück in die Geschichte, könnte man sogar meinen, TMS sei ein »alter Hut«. Schon Ende des 19. Jahrhunderts arbeitete der Arzt und Physiker Arsène d’Arsonval in Paris mit der transkraniellen Magnetstimulation. Er benutzte Starkstromspulen, die damals in elektrischen Kraftwerken verwendet wurden, um sich selbst und seine Probanden zu stimulieren. Als Erstem gelang ihm der Nachweis, dass ein sich veränderndes Magnetfeld in menschlichen Geweben einen Stromfluss induziert. Als er mit Spulen experimentierte, die den Kopf der Testperson komplett umschlossen, kam es jedoch zu Problemen: Einige Probanden berichteten von lebhaften Lichtwahrnehmungen, bei anderen traten Kreislaufstörungen, Schwindelattacken und Bewusstseinsstörungen, ja sogar Ohnmacht auf. Erst 1985 entwickelte Antony Barker von der Universität Sheffield in England eine schonendere Variante der Magnetstimulation. Er arbeitete mit leistungsfähigen Kondensatoren und wesentlich kleineren Spulen, welche die Großhirnrinde nur in einem kleinen Bereich aktivieren. Seitdem verläuft die Magnetstimulation nahezu ohne Unannehmlichkeiten.

Die Wirkung der TMS beruht auf dem physikalischen Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Die an den Schädel angelegte Magnetspule erzeugt pulsierende magnetische Felder von jeweils 200 bis 600 Mikrosekunden Dauer und einer magnetischen Flussdichte von bis zu drei Tesla – das entspricht etwa der Stärke von 200 jener Magnete, mit denen man gern Merkzettel an die Kühlschranktür heftet. Diese Magnetfelder induzieren im Gehirn elektrische Felder, die desto stärker sind, je näher die Spule dem Schädel kommt: Die so stimulierten Hirnregionen werden buchstäblich »elektrisiert«. Das wirkt sich auf die elektrische Signalübertragung der gereizten Neuronen aus: Sie beginnen plötzlich, wie wild zu feuern, und zwar im Gleichtakt. Wie genau die TMS solche »Aktionspotenziale« auslöst, ist trotz intensiver Forschung noch nicht in allen Einzelheiten geklärt. Man weiß aber: Je nachdem, wie rasch die Magnetimpulse aufeinander folgen, hemmt oder fördert der Stromfluss die Aktivität der Nerzenzellen. Mit verblüffenden Effekten auf die geistige Leistungsfähigkeit.

Wie gross das schlummernde Potenzial in unserem Kopf sein kann, das haben Neurowissenschaftler, Biologen, Chemiker und Pharmazeuten bei einer kleinen Gruppe von Menschen kennen gelernt: den »Inselbegabten«, auch »Savants« (frz.: Gelehrte) genannt. Sie heißen so, weil in ihnen bestimmte kognitive Einzelfähigkeiten so hoch entwickelt sind, dass sie auf ihren Inseln des Wissens wie Gelehrte erscheinen – obwohl ihre allgemeine Intelligenz nur durchschnittlich bis sehr schwach ausgebildet ist. Savants beeindrucken durch ihre für Normalsterbliche unerreichbaren Gedächtnisleistungen: Sie merken sich Tausende von Buchseiten oder Kalenderdaten, sie lernen Fremdsprachen im Handumdrehen, sie lösen die komplexesten Rechenaufgaben im Kopf. Oder sie entwickeln Extrembegabungen in Kunst und Musik.

Das alles ist die Folge ihres speziellen kognitiven Grundmusters. Wir Normalbegabten machen uns erst ein Gesamtbild von der Welt, fragen nach dem »Sinn« – und konzentrieren uns erst danach auf die Einzelheiten dieses Bildes. Savants dagegen fokussieren sofort auf die Einzelheiten. Allan Snyder, Leiter des »Center of the Mind« der Australian National University in Sydney: »Savants können das Bild in allen Details sehen, wie einzelne Pixel einer Fotografie« – der Sinn jedoch bleibt ihnen verborgen.

Wissenschaftler untersuchen Savants schon seit vielen Jahrzehnten, um herauszufinden, wie Inselbegabungen entstehen. Diese Forschung hat an den Tag gebracht, dass Savants fast ausnahmslos Autisten sind – Menschen mit einer Persönlichkeitsstörung, die sich in extremer Selbstbezogenheit, Teilnahmslosigkeit und Kontaktunfähigkeit ausdrückt. Der bekannteste Autist ist der Amerikaner Kim Peek, der als Vorlage für den Hollywood-Film »Rain Man« mit Dustin Hoffmann in der Hauptrolle diente.

Damit ein Autist zum Savant wird, muss aber offenbar noch etwas hinzukommen: eine Schädigung der linken Gehirnhälfte, die für Begriffsbildung und Sprache zuständig ist. Das weiß man, seit es möglich ist, durch bildgebende Verfahren dem Hirn beim Denken praktisch zuzusehen – am Monitor. Die linke Hemisphäre, so die Vermutung der Wissenschaftler, fungiert normalerweise als Kontrollinstanz, die alle Sinneseindrücke nach Wichtigkeit ordnet. Fällt sie ganz oder teilweise aus, versucht die rechte Hälfte, zuständig für die räumliche Wahrnehmung, das Defizit durch erhöhte Aktivität auszugleichen. Auf Grund dieser asymmetrischen Informationsverarbeitung im Gehirn des Savants entsteht in der rechten Hemisphäre ein Trommelfeuer der Neuronen, das dem Gehirn des Gesunden fremd ist: die Basis für die Inselbegabung.

Seit den 1970er Jahren gingen die Forscher davon aus, dass die beobachteten linksseitigen Gehirnschädigungen auf einer Testosteron-Vergiftung in der Embroynalphase beruhen – die Savant-Fähigkeiten also angeboren sind. Diese Lehrmeinung gilt nicht mehr. Denn auch bei Menschen, deren linke Gehirnhälfte durch Unfälle beschädigt wurde, haben Neurowissenschaftler erstaunliche Inselbegabungen festgestellt. Ebenso kann Krankheit der Auslöser sein. Bruce Miller von der University of California in San Francisco untersuchte zwölf ältere Patienten, die an frontotemporaler Demenz (FTD) litten, einer alzheimerartigen Gehirnerkrankung. FTD verläuft schleichend: Nach und nach degenerieren Neuronen in den Stirn- und Schläfenlappen. Dadurch nehmen wichtige Hirnfuktionen Schaden: das Treffen von Entscheidungen, die Kontrolle des Verhaltens sowie die Steuerung von Emotionen und Sprache. Gleichzeitig entwickelten Millers Patienten zu Beginn ihrer Krankheit jedoch Inselbegabungen – die zwar nicht besonders ausgeprägt, aber nachweisbar waren.

Diese Beobachtungen waren es, die die Wissenschaftler die kühne These aufstellen ließen: Wenn praktisch jedermann per Unfall oder Krankheit zum Savant werden kann, dann müsste auch die gezielte Stimulation des Gehirns von ganz normalen gesunden Menschen zu Savant-Effekten führen. Eines der Mittel dazu: die TMS.

Neurowissenschaftler erzielen damit bereits heute Ergebnisse, die unglaublich erscheinen. Wenn sie den Probanden die Magnetspule an die richtige Stelle des Kopfes setzten, konnten sie beobachten, wie Normalbürger plötzlich zu kreativen und geistigen Leistungen fähig waren, von denen sie vorher noch nicht einmal zu träumen gewagt hätten. Gedächtnis, Lernfähigkeit und Reaktionsschnelligkeit waren kurzfristig dermaßen extrem aufgepeppt, dass die Testpersonen quasi zu Inselbegabten »auf Zeit« wurden.

Alvaro Pascual-Leone, Hirnforscher am Beth Israel Deaconness Medical Center in Boston, las seinen Probanden eine Geschichte vor, die sie hinterher nacherzählen sollten. Bei einigen Personen stimulierte der Wissenschaftler während des Vorlesens den Frontal- und Schläfenlappen des Großhirns per TMS, bei den anderen tat er nur so als ob. Ergebnis: Die stimulierten Testteilnehmer konnten sich an etwa 15 Prozent mehr Details erinnern. Pascual-Leones Fazit: »TMS hat das Potenzial, eine Reihe von geistigen Fähigkeiten zu verbessern.« Zwar ist es noch nicht gelungen, aus einem ganz normalen Menschen einen Savant mit extremen Inselbegabungen zu machen, aber die Experten glauben: Es ist nur eine Frage der Zeit, bis wir alle unser geistiges Potenzial komplett ausschöpfen können.

Davon ist auch Robyn Young von der Flinders University in Adelaide (Australien) überzeugt. Sie erzielte als eine der ersten Neurowissenschaftlerinnen Erfolge mit der so genannten »repetetiven transkraniellen magnetischen Stimulation« (rTMS) – »repetetiv«, weil hier die magnetischen Impulse in Salven mit kurzen Zeitabständen dazwischen »abgefeuert« werden. Die Forscherin reizte mit der Magnetspule in den linken Schläfenlappen von 17 Studenten bestimmte Areale, in denen sie Savant-Potenzial vermutete. Fünf der Versuchspersonen erlangten dadurch tatsächlich so etwas wie Inselbegabungen – sie merkten sich ohne Schwierigkeiten alle möglichen Kalenderdaten und entwickelten plötzlich ausgeprägte zeichnerische Fähigkeiten. Wurde die Spule ausgeschaltet, waren sie wieder wie du und ich. Aber warum reagierten die anderen zwölf Probanden nicht auf die Stimulation? Young vermutet, dass dabei genetische Prägungen eine Rolle gespielt haben. Auch wenn sich hier noch Forschungsbedarf abzeichnet, ist die Neurowissenschaftlerin sich sicher, dass prinzipiell jeder Mensch Savant-Fähigkeiten entwickeln kann.

Professor Allan Snyder, Leiter des renommierten Forschungszentrums »Center of the Mind« der Australian National University in Sydney, geht in der TMS-Forschung einen anderen Weg als Robyn Young: Statt bestimmte Regionen der linken Gehirnhälfte magnetisch zu stimulieren, fährt er die linke Hirnhälfte der Testpersonen zeitweise komplett herunter. Seine Vermutung: Wenn die linke Hemisphäre ausfällt, müsste die rechte aktiver als vorher arbeiten – hier werden unter anderem die direkten Sinneseindrücke wie Klang und Farbe verarbeitet. Könnte die Hyperaktivität also so etwas wie musische Inselbegabungen an den Tag bringen? Um diese Frage zu beantworten, wurden Testpersonen »Brain Caps« aufgesetzt, die die linke Gehirnhälfte lahm legten. Der Effekt war frappierend: Aus den Probanden waren Künstler geworden. Sogar so schwierige Motive wie Pferde brachten sie detailgetreu und perspektivisch korrekt zu Papier – der Unterschied zu Zeichnungen, die die Testteilnehmer vor der TMS angefertigt hatten, war selbst für Laien auf den ersten Blick erkennbar.

In Deutschland arbeiten bisher nur wenige Wissenschaftler an der Gehirnoptimierung per Magnetstimulation. Einer von ihnen ist Professor Walter Paulus von der Medizinischen Fakultät der Universität Göttingen. Er und sein Kollege Michael Nitsche experimentieren mit einer der TMS verwandten Technologie – der »transkraniellen Gleichstromstimulation« (tDCS). Hier setzt man bestimmte Hirnregionen durch die Schädeldecke hindurch einem schwachen Gleichstrom aus. Je nach Stromrichtung hemmt oder fördert die tDCS die Aktivität der Nervenzellen. Das Besondere dieser Methode: Die Wirkung scheint von längerer Dauer zu sein als bei der TMS. Jedenfalls stellten die Göttinger Forscher fest, dass die Neuronenaktivität um bis zu 40 Prozent stieg – und selbst nach nur drei Minuten tDCS blieb der Effekt mehrere Stunden lang erhalten.

Eine stundenlange Nachwirkung der Gehirnaktivierung erreichten auch die Forscher um den Neuroinformatiker Hubert Dinse an der Ruhr-Universität Bochum. In Experimenten mit der schon erwähnten »repetitiven transkraniellen Magnetstimulation« (rTMS) regten sie bei 33 Probanden eine bestimmte Hirnregion an, die für den rechten Zeigefinger zuständig ist: Würde sich die Tastempfindlichkeit des Fingers durch rTMS erhöhen lassen? Um das festzustellen, mussten die Testteilnehmer immer wieder mit dem Zeigefinger feine Nadeln ertasten. Nach dem Versuch war klar: Eine Behandlung mit der rTMS bewirkte eine etwa 15-prozentige Steigerung der Tastfähigkeit – das Gehirn hatte dazugelernt. Wie rTMS die Hirnfunktionen veränderte, konnten die Forscher anhand der »funktionellen Magnetresonanztomografie« (fMRT) nachweisen: Es zeigte sich, dass bei den stimulierten Probanden die Zahl der für den Zeigefinger aktiven Nervenzellen vorübergehend zunahm. Dieser Effekt klang zwar nach der Behandlung ab, war jedoch zwei Stunden später noch deutlich messbar.

All diese Versuche im In- und Ausland belegen, dass sich unser Gehirn durchaus trimmen lässt. Niels Birbaumer, Professor für Neurobiologie an der Universität Tübingen, glaubt sogar, dass wir dazu gar keine Stimulation durch Magnetfelder brauchen. Savant-Fähigkeiten seien erlernbar – nur eine Frage des richtigen mentalen Trainings. Birbaumer zeichnete die Gehirnströme zahlreicher Savants auf, um daraus Methoden abzuleiten, mit denen wir den Savant in uns aktivieren können. Seine Erkenntnis: Um unser geistiges Potenzial massiv zu steigern, sollten wir das Bewusstsein möglichst umgehen und auf die weitgehend unerforschten Aktivitäten unseres Unterbewussteins zurückgreifen: durch meditative Konzentration. Musiker, Maler und Spitzensportler kennen das: Zu Höchstleistungen gelangen sie in einem tranceartigen Zustand – jeder Gedanke stört. Das lässt sich im Labor beweisen. Im Bewusstseinszustand arbeitet das Hirn mit kurzen Betawellen, bei der Tätigkeit aus dem Unterbewusstsein heraus jedoch mit langen Alphawellen – ein Indiz für die Macht der meditativen Konzentration über unser Gehirn.

Kennen Sie Solomon Schereschewski? Die Geschichte dieses 1886 im damaligen Russland geborenen Mannes ist überliefert – wir würden ihn heute als Savant bezeichnen: ein Mensch mit einer enormen Gedächtnisleistung. Seine Inselbegabung bestand darin, sich an jede einzelne Minute seines gesamten Lebens zu erinnern – sein sehnlichster Wunsch war es zu lernen, wie man vergisst. Diese Gnade wurde ihm jedoch nicht zuteil – schließlich trieb ihn sein Gehirn in den Wahnsinn.

Schereschewskis Schicksal ist mehr als eine Anekdote aus dem Zarenreich. Es illustriert auch die Gefahr, die heute mit jeglicher künstlichen Stimulation unseres Gehirns verbunden ist: Könnten wir noch ein normales Leben führen mit einem hyperaktiven Hirn, das sich jede noch so unwichtige Einzelheit merkt und keinen Sinn mehr für das Große und Ganze entwickelt? Was wäre dann Glück – das Herunterbeten aller Lottozahlen des Jahres 1972? Die Frage, ob wir mit einem Turbogehirn dank TMS noch Menschen wären – sie bleibt fürs Erste unbeantwortet.

Zumindest wären wir manipulierbar wie noch nie. Wer immer uns die »Brain Cap« aufsetzt, könnte damit zum Beispiel das Hirnareal für Angst hemmen – ideal für Soldaten. Amerikanische Militärstrategen träumen gerade von einem Hirnstimulations-Helm, der übermüdete Jet-Piloten wach hält – und damit kampffähig. Das US-Verteidigungsministerium unterstützt deshalb eine Studie von Mark George, Neurologe an der Medizinischen Universität von South Carolina. Der Forscher untersucht, welchen Einfluss die Magnetstimulation auf die Konzentrationsfähigkeit übermüdeter Testpersonen hat. Ein Ergebnis ist bisher noch nicht veröffentlicht – aber wenn Georges Experimente erfolgreich verlaufen, können wir sicher sein, dass das Militär davon profitieren will.

Das Manipulations-Szenario lässt sich fast beliebig ausweiten. Eine Horrorvorstellung, dass uns jemand dazu bringen könnte zu stehlen, zu morden oder auch nur die »richtige« Partei zu wählen. Viele andere ethische Probleme würden sich durch einen flächendeckenden Einsatz von TMS & Co. auftun. Dürfen wir unsere Kinder durch die Stimulation ihrer Gehirne auf Hochleistung trimmen? Auch soziale Fragen werden berührt: Wenn sich das Gehirn-Doping per »Brain Cap« nur Reiche leisten könnten – würde dann die Gesellschaft auseinander brechen in (intelligente) Herren und (dumme) Sklaven?

Die Befürworter einer TMS-Technologie zur Optimierung geis-tiger Ressourcen kontern die Kritiker mit dem Argument: Wann immer wir lernen, finden ebenfalls strukturelle Veränderungen in unserem Gehirn statt – ob wir es wollen oder nicht. Wir »manipulieren« unser Hirn also gleichsam ständig. Wo – so die Schlussfolgerung – liegt dann der Unterschied zu technischen Eingriffen?

Ob man die Dinge so sehen kann, ob man»natürliches« Lernen mit »künstlichem« Lernen gleichsetzen kann, wird Gegenstand weiterer Diskussion sein müssen. Solange Langzeitstudien über die Wirkung der Magnetstimulation auf das menschliche Gehirn noch ausstehen, dürfte die TMS ein Minderheitenthema bleiben.