09.03.1992

Neuronale Netze und der Gleichtakt der Nervenzellen

Christoph von der Malsburg, gelernter Physiker und Hirnforscher aus Leidenschaft, feiert "das Ende des neuronalen Winters".
Jahrzehntelang haben die Hirnforscher nur von Ionenkanälen, Aktionspotentialen und Cortexarealen geredet. Worte wie "Bewußtsein" oder gar "Seele" waren tabu. Doch plötzlich schwappt eine Welle von gesamtheitlichen Hirntheorien durch die Fachzeitschriften. Und auf Kongressen darf endlich wieder spekuliert werden: Wie kann Bewußtsein als Wechselspiel der Neuronen, wie die Seele als Konzert elektrischer Pulse verstanden werden?
Seit langem hat von der Malsburg auf diesen "neuronalen Frühling" gewartet. Er ist davon überzeugt, daß die geniale Baumeisterin Natur nicht nur Milliarden von Nerven im Kopf zu einem unübersichtlichen Kabelgewirr zusammengelötet hat. Die verwobene Architektur der Nerven und ihr vielstimmiges Geplauder folge vielmehr einfachen Regeln. "Und diese Regeln können entschlüsselt werden, vielleicht schon in wenigen Jahren", versichert der Bochumer Forscher. "Es fehlt sozusagen nur noch der Einstein der Hirntheorie."
Sein ganzes Wissenschaftlerleben lang hat von der Malsburg nach einfachen Regeln und Strukturen gesucht. Erst führte ihn seine Neugier in die Mikrowelt der Elementarteilchen. Nach seinem Physikstudium arbeitete er am Cern, der gewaltigen Teilchenfabrik in Genf. Frustriert stellte er fest, daß dort immer größere Teams an immer spezielleren, immer abseitigeren Fragen arbeiteten.
Von der Malsburg sattelte um. Er beendete die Exkursion ins Innerste der Materie. Statt dessen befaßt er sich seither mit dem Werkzeug, mit dem er zuvor Physik betrieben hatte: seinem Gehirn. Am Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie lernte er, sich in den Windungen und Furchen im Kopf zurechtzufinden.
Die Expedition ins Gehirn führte ihn schließlich an die Universität Bochum. Dort leitet von der Malsburg gemeinsam mit dem Elektrotechniker Werner von Seelen das "Institut für Neuroinformatik": eine junge, boomende Disziplin - und dabei ein wahrer Schmelztiegel der Wissenschaften.
In einem der Labors spritzen Biologen spannungsempfindliche Fluoreszenzstoffe in die Großhirnrinde von Katzen. Aus dem farbigen Flackern wollen sie auf die Funktionsweise der natürlichen Schaltkreise schließen.
Nebenan müht sich ein klobiges Fahrzeug mit zwei Videokamera-Augen, den Weg zwischen den Stühlen, Tischen und Schränken eines Computerlabors zu finden. Ingenieure haben ihm beigebracht, in seinem Kabelhirn Landkarten seiner Umgebung zu bilden.
Von der Malsburg selbst verzerrt Fotos von Gesichtern zu Fratzen, die er dann einem Computer einfüttert - ein Verfahren, mit dessen Hilfe es ihm gelungen ist, den Computer mit mehr als 100 Gesichtern vertraut zu machen.
Gemeinsames Ziel von Biologen, Ingenieuren, Physikern und Informatikern an dem Bochumer Institut ist es, das Hirn zu erforschen, indem sie die Schaltkreise der Nerven nachzubauen versuchen.
Helfen soll eine neue Generation von Computerprogrammen, die die Wissenschaftler auf den vielversprechenden Namen "Neuronale Netze" getauft haben.
Warum, so hatten sich die Väter der Neuro-Netze gefragt, ist das Hirn dem Computer so überlegen? Schließlich arbeiten die Nerven im Vergleich zum Prozessor eines Großrechners in geradezu phlegmatischem Zeitlupentempo. Etwa eine Tausendstelsekunde vergeht zwischen zwei Impulsen einer Nervenzelle - für einen Transistor eine wahre Ewigkeit, in der er bis zu eine millionmal hin- und hergeschaltet hat.
Auch mit der großen Zahl von Nervenzellen allein ist die neuronale Überlegenheit nicht zu erklären: In einem modernen Großcomputer rechnen mehr Transistoren als Nervenzellen in einem Rattenhirn. Dennoch versagt das Siliziumhirn kläglich im Wettstreit mit seinem biologischen Vorbild. Jede Fliege übertrifft mit ihrem Navigationsvermögen den Bordcomputer eines Flugzeugs, jeder Stichling sieht besser als eine Siliziumnetzhaut.
Die Stärke der Nerven ist ihr Zusammenspiel. Während ein Großrechner seine Rechenkunststücke vollbringt, indem er Milliarden von Additionen und Subtraktionen mit atemraubender Geschwindigkeit nacheinander ausführt, rechnen im menschlichen Hirn Milliarden von Zellen gleichzeitig. Statt aus zwei Eingängen, wie in einem Transistor, fließen in jedem Neuron Informationen aus Tausenden oder gar Zehntausenden von Synapsen zusammen.
Ähnlich komplizierte Kommunikationsnetze wollen die Computerwissenschaftler jetzt mit Siliziumchips nachbauen. Immer mehr Prozessoren arbeiten in neuen Parallelrechnern nebeneinanderher, durch Tausende von Verbindungen werden sie miteinander verknüpft. Während die alten seriellen Elektronenhirne nur schnell, aber stumpfsinnig die Befehle des Programmierers ausführen, haben die parallelen Netzwerke begonnen zu lernen.
Paradebeispiel eines Neuronalen Netzes ist das sprechende Programm "NETtalk". 300 künstliche Neuronen hatte der Computerwissenschaftler Terry Sejnowski über 18 300 Synapsen zu einem Netzwerk verschaltet. Dann las er seiner Maschine englische Worte vor.
Durch den Vergleich von Schreibweise und Stimme konnte "NETtalk" selbst Ausspracheregeln aufstellen. Bald brabbelte es Laute wie "Nanana" oder "Dadada" vor sich hin. Nach einem halben Tag Training hatte das Programm bereits 1000 Vokabeln gelernt, die es freilich noch recht unsicher lallte.
Damit waren "NETtalks" Fähigkeiten erschöpft. Über ein fehlerbehaftetes Kindergebrabbel kam es nie hinaus. Denn noch sind die Neuronalen Netze schwerfällig und begriffsstutzig.
Trotzdem werden die ersten von ihnen bereits kommerziell genutzt: zur Berechnung von Börsenkursen etwa, bei der Suche nach Plastiksprengstoff in Flughäfen oder zur Interpretation menschlicher Herztöne. Vor allem aber setzt die Industrie dort große Erwartungen in die neue Entwicklung, wo herkömmliche Rechner versagen: bei der Sprach- und Bilderkennung.
Zwar kann sich ein Computer Bilder weitaus besser merken als ein Mensch. Doch erkennen muß er sie dazu nicht. Ein Gesicht, ein gekrakeltes Kindergemälde oder das Funkbild einer Presseagentur - für den Computer sind sie alle nichts als eine Abfolge von Nullen und Einsen.
Ein Mensch hingegen tastet mit blitzschnellen Sprüngen der Augen, sogenannten Sakkaden, das Blickfeld ab. In Bruchteilen einer Sekunde kann er unter den Passanten auf der Straße eine alte Freundin erkennen, selbst dann, wenn sie um zehn Jahre gealtert und durch eine abscheuliche Brille entstellt ist. Ja, er kann sie sogar mühelos von ihrer Schwester unterscheiden, obwohl er den Unterschied zwischen beiden kaum benennen könnte.
Neuroinformatiker von der Malsburg ist davon überzeugt, daß die Neuronalen Netze den Computern den Weg auch zu diesen Fähigkeiten weisen werden. "Allein werden sie allerdings nicht reichen", schränkt er ein und erklärt: "Die Neuronalen Netze sind sozusagen pures Lernen, herkömmliche Programme dagegen pures Wissen. Was wir brauchen, ist die richtige Mischung aus Lernen und Wissen."
Die Natur ist ihm Vorbild. Auch im Gehirn seien Wissen und Lernen subtil miteinander verwoben: Im genetischen Bauplan des Gehirns ist das Wissen aus Millionen Jahren Evolution gespeichert; durch 80 Jahre Erfahrungen verfeinert der Mensch dann diesen Bauplan, indem er lernt.
"Ohne das Vorwissen der Gene würden wir in einer sinnlosen Datenflut ersaufen", sagt von der Malsburg. Ähnlich wie chinesische Schriftzeichen ohne ein Wörterbuch nur sinnlose Hieroglyphen sind, so wäre auch die Welt nichts als ein bedeutungsloses Sinnes-Flimmern.
Deshalb werden Menschen mit Wissen geboren. Säuglinge etwa reagieren mit Vorliebe auf zwei dunkle Flecken nebeneinander, weil in ihren Hirnwindungen bereits das Bild eines Urgesichts eingraviert ist.
Und sie kommen zur Welt mit einem Programm, wie sie ihre Welt erkunden müssen: mit umherspringenden Sakkaden. Jeden dieser Augenblicke, so glaubt von der Malsburg, schnüre das Hirn zu Paketen, gewissermaßen Atomen der Bedeutung, aus denen es die Welt zusammensetzt.
Was er damit meint, erklärt der Bochumer Forscher anhand der verschwommenen Fratzen auf seinem Computerschirm. Auf einem der Bilder gesellen sich nur zwei schwarze Augenhöhlen und die Ahnung eines Mundes um eine Nasenspitze. Auf einem anderen versinkt das Gesicht rund um ein deutlich erkennbares Auge in Schatten und Grautönen.
Jede dieser Fratzen, so glaubt der Wissenschaftler, ist eine Art Charakterfetzen, eines der Sinn-Atome, aus denen das Hirn ein Gesicht zusammensetzt. Gleichsam als angeborenes Wissen haben die Bochumer dem Computer beigebracht, ein Gesicht in 70 solcher Fratzen zu zerlegen. Anschließend lernt der Computer selbständig, anhand der 70 Fratzen ein Gesicht wiederzuerkennen - gleichgültig, ob es verführerisch lächelt oder verzweifelt in die Leere starrt, ob es eine Brille oder einen Bart trägt.
"Jetzt müssen wir nur noch herausfinden, wie das Hirn seine Pakete packt", erklärt von der Malsburg. Lange hatte er wenig Hoffnung, daß der Mechanismus gefunden werden könnte. Doch dann kam ihm der Frankfurter Hirnforscher Wolf Singer zu Hilfe.
Einen Moment lang scheint sich das Auge mühelos den Weg zu bahnen durch die verworrene Architektur - doch dann beginnt plötzlich das ganze Bild zu tanzen.
Die muschelförmige Kuhle im Fußboden wölbt sich. Dann kippt der Boden und wird unvermittelt zur Zimmerdecke. Wände springen umher. Treppenstufen verwandeln sich in Deckensimse. Brücken werden zu Gewölben. Verwirrt tappt der Blick durch die verkehrte Welt: Ist hier außen oder innen, oben oder unten, vorn oder hinten?
Dabei existiert auf dem Papier nichts als ein Mosaik grauer Flächen. Erst im Hirn fügen sie sich zu Tempeln, Säulen und Treppen zusammen. Erst dort führen sie als Wände, Ecken und Stufen ihren widersinnigen Tanz auf.
Das optische Verwirrspiel des niederländischen Künstlers Maurits Cornelis Escher verdeutlicht eines der großen Rätsel der Hirnforscher: Wie setzt das Hirn ein paar Grautöne zu Brücken, Fenstern oder einer Eidechse zusammen? Wie entscheidet es, welche der Licht- und Farbflecken auf der Netzhaut _(* Der Computer ordnet jedem Punkt des ) _(Gesichts Informationen über dessen ) _(Umgebung zu, wie hier dem linken Auge, ) _(der Nasenspitze und dem rechten Auge. ) zusammengehören? Und warum verheddert sich der Blick in der Wirklichkeit nicht ebenso wie in den absurden Landschaften von Escher?
"Gerade weil es uns so selbstverständlich erscheint", sagt Wolf Singer vom Frankfurter Max-Planck-Institut für Hirnforschung, "ist das Sehen vielleicht die erstaunlichste Fähigkeit unseres Gehirns." So automatisch und fehlerfrei interpretiere das Gehirn die Bilder auf der Netzhaut, daß sich die Hirnforscher das Sehen lange simpel wie das Belichten eines Films in einer Fotokamera vorgestellt hätten.
Tatsächlich aber scheint das Sehen eher der Herstellung origineller Fotomontagen zu ähneln: Augenblick für Augenblick zerschneiden die Nerven das Foto auf der Netzhaut in winzige Schnipsel. In wenigen Tausendstelsekunden analysieren die Großhirnnerven diese Wirklichkeitsfetzen und montieren daraus ein Bild.
Den Klebstoff, mit dem das Hirn diese Collage zusammenbäckt, hofft Singer inzwischen gefunden zu haben: elektrische Schwingungen in der Sehrinde. Vor sechs Jahren sah er zum erstenmal die regelmäßigen Wellen auf dem Schirm seines Oszillographen. Seither sind sie zu einem der meistdiskutierten Themen der Hirnwissenschaft geworden.
Die Schnipsel der Foto-Collage im Hirn hatten die beiden amerikanischen Physiologen Torsten Wiesel und David Hubel schon in den sechziger Jahren entdeckt. Sie untersuchten die elektrische Aktivität der Nerven in der Sehrinde im Hinterkopf von Katzen. Es war bekannt, daß Zäpfchen und Stäbchen der Netzhaut ihre Signale dorthin senden. Folglich mußten sich dort die Flecken und Schatten auf der Katzen-Netzhaut in das Erkennen weghuschender Mäuse, knurrender Hunde oder liebestoller Kater verwandeln.
Tatsächlich entdeckten Hubel und Wiesel im regelmäßigen Zellteppich der Sehrinde Nervenzellen, die hochspezialisierte Experten des Erkennens zu sein schienen: Einige von ihnen wurden nur dann aktiv, wenn im Blickfeld der Katze ein waagerechter Balken auftauchte. Andere reagierten ausschließlich auf senkrechte oder leicht gekippte Balken, wieder andere schienen auf alles Rote oder auf Bewegung von links nach rechts programmiert.
Diese Experten für "rot", "senkrecht" oder "Bewegung nach rechts" leiten ihre Erkenntnisse an noch komplexere Spezialisten weiter, "Roter-Balken-nach-rechts-Zellen" etwa oder "Grauer-anwachsender-Punkt-Zellen".
Bald hatten die Forscher sogar Zellen gefunden, die nur auf Gesichter reagierten, oder Zellen, die nur aktiv wurden, wenn sich das Tier an einer ganz bestimmten Stelle eines Labyrinths befand.
Damit, so spekulierten viele Physiologen, sei das Rätsel des Erkennens gelöst. Einen Ort erkenne das Tier am Aufflackern der Ortserkennungszelle wieder. Deshalb, folgerten sie, müsse es irgendwo im Katzenhirn auch hochspezialisierte "Hüpfende-Amsel-Zellen" oder "Verliebter-Kater-Zellen" geben. Erst, wenn diese Zellen aktiviert werden, erkenne die Katze Beute oder Verehrer.
Nein, konterten die Gegner dieser Theorie, das Erkennen sei damit noch lange nicht erklärt. Schließlich sei es auch möglich, völlig unbekannte Dinge zu erkennen. Sei es zum Beispiel nicht höchst unwahrscheinlich, daß es im Katzenhirn "Lila-Katzen-Zellen" gibt? Trotzdem könne eine Katze Artgenossen erkennen, auch wenn sie lila angesprüht sind.
Singer und seine Assistentin Laurence Mioche allerdings dachten weder an verliebte Kater noch an lila Katzen, als sie vor sechs Jahren ihre Elektroden in die Sehrinde einer jungen Katze stachen. Sie wollten beobachten, wie sich die Zellen in der Hirnrinde miteinander verdrahten, während die Kätzchen das Sehen lernen.
Bei dem Experiment wurde Singer plötzlich aufmerksam auf ein eigenartiges Geräusch. "Es begann, als wir einen Frequenzfilter ausschalteten", erinnert er sich. "Plötzlich brummte es. Ein ganz tiefer, dumpfer Ton, fast wie das Brummen der Netzspannung." Singer begriff, daß aus dem Lautsprecher das einmütige Feuern der registrierten Nervenzellen dröhnte. Obwohl sie Hunderte oder gar Tausende von Zellen voneinander entfernt waren, gaben sie ihre Impulse im Gleichtakt ab, regelmäßig, rund 40 mal pro Sekunde.
Genauere Messungen bewiesen, daß die jeweils synchron feuernden Nervenzellen auf denselben Gegenstand im Blickfeld reagierten. Damit waren "Lila-Katzen-Zellen" überflüssig geworden, das Erkennen schien anders erklärbar: Die Katze, so lautet die Singersche Theorie, erkennt eine lila Artgenossin, wenn die Experten-Zelle für die Farbe Lila und diejenige, die auf die Konturen der Katze anspricht, synchrone Impulse senden.
Noch weiter gehen der Nobelpreisträger Francis Crick und sein Kollege Christof Koch vom California Institute of Technology. Sie halten den Frankfurter Brummton für den Generalbaß des Bewußtseins. Bald, so prophezeien sie, werde man die 40-Hertz-Schwingungen auch in allen anderen Teilen des Gehirns finden.
Koch hatte sich gefragt, wie es möglich war, daß sein Bewußtsein ausschließlich mit einem bevorstehenden Vortrag beschäftigt war, während sein Hirn gleichzeitig ein Auto quer durch Los Angeles in seine Garage steuerte? Warum waren ihm während eines Gesprächs nur Stimme, Gesicht und einige Eigenschaften seines Gegenübers bewußt, während sein Hirn gleichzeitig einen vorbeifahrenden Lastwagen wahrnehmen, den Fußboden unter den Füßen spüren und seine Finger anleiten konnte, mit einem Kugelschreiber zu spielen?
Die Antwort, so versichert Koch, sind die Singerschen Oszillationen. "Stellen wir uns das Gehirn als einen riesigen Weihnachtsbaum vor, der mit Milliarden von elektrischen Kerzen bestückt ist", erklärt Koch. Das ständige Flackern der Kerzen seien die Gedanken.
"Wie kann sich nun eine kleine Gruppe dieser Christbaumkerzen aus der riesigen Masse aller Kerzen hervorheben?" fragt er. "Wenn 99 Prozent aller Kerzen zufällig an- und ausgeschaltet werden und 1 Prozent synchron als eine Gruppe blinkt, so hebt sich die kleine Gruppe klar vom Hintergrund ab." Diese kleine Gruppe im Gleichtakt blinkender Kerzen, so behauptet Koch, ist der jeweilige Inhalt des Bewußtseins.
Das Bewußtsein im 40-Hertz-Takt - noch ist das eine waghalsige Spekulation, der viele Hirnforscher skeptisch gegenüberstehen. Sie wenden ein, daß auch Computer gelegentlich völlig bedeutungslose Oszillationen produzieren. Könnte es da nicht sein, daß die Schwingungen im Hirn nichts als ein Nebeneffekt ganz anderer Vorgänge sind?
"Gustaf", der Makakenaffe im Tierhaus des Frankfurter Instituts, soll helfen, diese Fragen zu klären. Fast täglich muß er "zur Arbeit", wie es die Forscher nennen. Dazu klettert er in seinen Experimentiersessel und rollt durch die Flure des Instituts. Bekannte Gesichter grüßt er mit Geschnatter, Fremden zeigt er seine gefletschten Zähne.
Die Reise endet in einem Labor im zweiten Stock. Darin verbringt er oft Stunden, in denen er Lichtpunkte, Bilder und Symbole betrachtet. Wenn er im richtigen Moment eine Taste drückt, kann er sich Saft aus einem Schlauch verdienen. Währenddessen zeichnen implantierte Elektroden in seinem Hirn die Aktivität der Nervenzellen auf: Welche von ihnen feuern im Gleichtakt? Halten auch sie sich an den 40-Hertz-Rhythmus? Und wie werden sie miteinander synchronisiert?
"Wahrscheinlich gibt es eine Art neuronaler Suchkommandos, die nach synchron feuernden Zellen fahnden", spekuliert Singer. "Das Hirn filtert vermutlich aus dem Datenchaos der Welt nur die synchronen Aktivitäten der Neuronen heraus und verstärkt sie." Nur was Filter und Verstärker passiert hat, dringt demnach bis ins Bewußtsein - eine vom Hirn manipulierte, aufbereitete, zurechtinterpretierte Wirklichkeit.
"Jetzt weiß ich, es gibt ein Leben neben dem Leben", sagt Sepp. Vor 16 Jahren, im Mai 1976, war er beim Einstieg in die Similaun-Nordwand auf ein Schneebrett getreten und 230 Meter in die Tiefe gestürzt.
Es war ein Absturz ins Nichts. Viele Monate lang war Sepp "apallisch": Der Unfall hatte die Verbindung seiner Großhirnrinde zum Rest des Körpers unterbrochen. Nur noch sein Hirnstamm hielt ihn am Leben. Aus einem bewußtlosen Bündel Mensch starrten seine offenen Augen, ohne zu sehen. Er empfand nicht Wärme und Kälte, und nicht den Händedruck der Schwestern. "Ich war in einer anderen Welt", faßt Sepp zusammen.
Aber wer ist "Ich"? Das ist eine der quälenden Fragen, die sich jeder stellt, der einmal in die toten Augen eines Apallikers gesehen hat: Was ist hinter diesen leer an die Zimmerdecke starrenden Augen? Wohin in diesem Bündel reflexhaft reagierender Gliedmaßen hat sich der vertraute Mensch verkrochen?
Hat sich seine Seele womöglich längst vom Körper getrennt? Oder führt sie einen Dauerschlaf im Hirnstamm, bis das Bewußtsein nach Monaten der Pflege langsam wieder erwachen kann?
Geist, Seele, Bewußtsein, Ich - mit immer neuen Begriffen haben die Philosophen die mysteriösen Bewohner menschlicher Körper zu fassen versucht. Seit Jahrtausenden verwirrt sie, wie dieses immaterielle Etwas Besitz von einem Körper ergreifen kann. Immer wieder fragten sie sich: Wie verhält sich die Welt hier drinnen, dieses Geflecht von Gedanken, Gefühlen und Wahrnehmungen, zur anderen Welt da draußen, der Welt aus Steinen, Bäumen, Tieren und Mitmenschen?
Drei grundsätzlich verschiedene Antworten auf dieses "Leib-Seele-Problem" haben die Philosophen gefunden. In Hunderten von Varianten haben sie sie immer aufs neue gedreht und gewendet: *___Plato glaubte die Wirklichkeit allein in der Welt des ____Geistes zu finden. Die materielle Welt hingegen sei ____nichts als Illusion, gleichsam ein Schattenspiel der ____Wahrheiten aus der immateriellen Geisteswelt. *___Descartes stellte Geist und Körper nebeneinander. Wie ____ein Musikant auf seinem Instrument spiele die ____immaterielle Seele auf dem materiellen Körper. Doch wie ____wirkt der Geist auf die Materie? Verzweifelt schlug ____Descartes die Zirbeldrüse als Ort für den Dialog von ____Seele und Körper vor - was seither als Witz der ____Philosophiegeschichte weitererzählt wurde. *___Für radikale Materialisten zählte allein der Körper. ____Vor allem die Schule der sogenannten Behavioristen, die ____in _(* Messungen am Sehsystem, im Frankfurter ) _(Max-Planck-Institut für Hirnforschung. ) den dreißiger, vierziger und fünfziger Jahren den Ton angab, leugnete die Existenz des Geistes. Die Beschäftigung mit ihm schmähten sie als unwissenschaftlich.
Heute ist das Leib-Seele-Problem vor allem zum Terrain der Hirnforscher geworden. Für sie sind die drei Pfund Gewebe unter der Schädeldecke der Steinbruch, in dem sie Gefühle, Gedanken und Empfindungen zutage fördern wollen. Im "Jahrzehnt des Gehirns" wollen die Neurologen mit ihren Tomographen die versteckten Winkel des Ichs ausleuchten. Und die Molekularbiologen glauben, immer neue Vokabeln im genetischen Wörterbuch des Geistes zu buchstabieren.
Hirnforscher suchen in den Genen nach Intelligenz und im Cocktail von Botenstoffen nach Homosexualität und Schizophrenie. Sie entdecken Moleküle der Erinnerung, Schwingungen des Bewußtseins und Schaltkreise der Sprache.
Na und? Was verstehen die Neurowissenschaftler damit wirklich über den Menschen, über sein Glück, seine Verzweiflung, Sehnsüchte und Komplexe?
Sie wissen, daß körpereigene Opiate Glücksgefühle auslösen. Aber ist Glück deshalb das Andocken dieser Endorphine an Rezeptoren in den Zellmembranen des limbischen Systems? Ist Sprache die elektrische Aktivität der Pyramidenzellen in der Broca-Region des Stirnlappens? Und ist Bewußtsein synchrones Feuern der Zellen im Cortex?
Die Mehrheit der Neurowissenschaftler neigt heute dazu, diese Fragen mit "Ja" zu beantworten. Zwar gibt es einzelne Abtrünnige. Der Physiologe und Nobelpreisträger John Eccles zum Beispiel kommt zu dem Schluß: "Jede Seele ist eine neue göttliche Schöpfung, die irgendwann zwischen der Empfängnis und der Geburt dem heranwachsenden Fötus ,eingepflanzt'' wird." Und der mathematische Physiker Roger Penrose glaubt, daß das Bewußtsein erst mit Hilfe ganz neuer, noch nicht entdeckter physikalischer Gesetze erklärbar sein wird (SPIEGEL 45/1991).
Doch derlei Ideen gelten fast allen Hirnforschern als mystische Spekulationen. Für sie ist klar: Bewußtsein ist Gehirn. Und Gehirn ist Chemie. "Es ist das letzte Ziel der modernen Richtung in der Biologie", so stellt der Entdecker der DNS-Struktur Francis Crick fest, "alles Biologische mit Hilfe der Physik und der Chemie zu erklären."
Ist der Mensch also ein chemischer Computer? Die Seele nichts als ein bioelektrisches Feuerwerk in der Großhirnrinde? Wo bleibt dann noch Platz für Intuition oder Glaube, für den freien Willen oder die Ethik? Werden die subtilen Meßgeräte der Elektrophysiologen und Molekularbiologen je wirklich das Tor öffnen können zum Universum im Innern des Kopfes?
Die Behavioristen beantworteten solche Fragen, indem sie schlicht bestritten, daß es diese Innenwelt überhaupt gibt. Schmerz oder Glück? - in ihren Augen bloße Illusionen. Wünsche, Pläne und Gedanken? - nur subjektive Mutmaßungen. Wer von Schmerz rede, so argumentierten sie, der müsse auch einem Roboter, der bei Stromschlägen zusammenzuckt, laut Krach macht und wegrennt, die Empfindung von Schmerz zubilligen.
So weit gehen heute selbst die materialistischsten Hirnforscher nicht mehr. Auch sie geben zu: Die Welt im Kopf existiert. Auch sie leugnen nicht mehr: Zu jeder Kaffeetasse und zu jedem Sonnenuntergang gibt es eine andere Kaffeetasse und einen anderen Sonnenuntergang im Kopf.
Doch zugänglich ist diese Welt geistiger Kaffeetassen und Sonnenuntergänge den Neurobiologen bis heute nicht. Auch Positronen-Emissions-Tomographen und Gen-Sequenzierung haben daran nichts geändert.
Schon oft glaubten die Hirnforscher, die Seele im Geflecht der grauen Zellen gefunden zu haben. Und immer wieder ging es ihnen wie einer Verliebten, die glaubt, die Gefühle des Geliebten zu verstehen: Nach Jahren bricht die Ehe doch auseinander, wenn sie feststellt, wie falsch ihr Glaube war, sich im Kopf ihres Mannes auszukennen.
So selbstverständlich die Erkundung der eigenen Gedankenwelt ist, so undurchdringlich scheint die Stirn anderer. Ein Mensch kann sich nicht einmal vergewissern, ob der eigene Bruder "rot" sieht, wenn er "rot" sagt. Selbst wenn er "grün" sähe, könnte er doch von Kind an gelernt haben, diese Farbe "rot" zu nennen.
Wieviel krasser noch ist es in anderen Fällen, wie bei der Musik: Während eines Chopin-Konzerts spielen in den 500 Köpfen der Zuhörer 500 unterschiedliche Pianisten 500 verschiedene Preludes. In einem Hirn malen die Töne ein Gefühlsgemälde aus Sehnsucht und Erinnerungen an eine nie erfüllte Liebe. In ein anderes Hirn dringen die Akkorde als ein Stück Musikgeschichte. Und wieder ein anderes Hirn ist überzeugt, einem vertrauten Schubert-Impromptu zu lauschen. Und was wird im Hirn eines mitgebrachten Schoßhundes aus den chromatischen Crescendi?
Nicht einmal auf das Bild im eigenen Kopf ist Verlaß: Urplötzlich können sich dieselben Klänge, die eben noch hohler Kitsch waren, in ein ergreifendes Meisterwerk verwandeln. Eine LSD-Pille reicht vollends, die ganze Welt in ein verführerisches Trugbild zu verzerren. Und wer kann entscheiden, welches die "richtigere" Welt ist? Schließlich sehen viele Religionen gerade in Halluzinationen und Träumen tiefere Wahrheiten.
Noch besser als der menschliche Kopf scheint die Schädeldecke von Tieren gegen die menschliche Vorstellungskraft gepanzert. Was denkt ein Pferd über seinen Reiter? Wie sieht es im Innern einer Fledermaus aus, deren Welt mit Echolot-Signalen tapeziert ist? Haben Schnecken ein Innenleben?
Schon bei den Weichtieren schaltete die Evolution Vermittler, sogenannte Interneurone, zwischen sensorische und motorische Nervenzellen. Zwischen die Reizung des Fühlers und das Zurückziehen des Schwanzes ins Schneckenhaus waren Nervenzellen getreten, die den Berührungsreiz verarbeiten: Der primitive Keim eines Hirns war geboren.
Erst diente der Organkeim vor allem dazu, die Teile eines Körpers ins Gespräch miteinander zu bringen: Das Schwanzende sollte wissen, wenn der Kopf zurückschreckte. Und der Bauch sollte in Absprache mit dem Rücken kriechen. Erst unter der Regie der Nerven lernten die Tiere, als Ganzes auf ihre Umwelt zu reagieren.
Bald begnügten sich die Nervenzellen nicht mehr damit, die Körperteile zu koordinieren. Sie begannen, akustische und optische Reize miteinander zu verknüpfen, verglichen Geruch und Geschmack, Tast- und Gleichgewichtssinn. Das Hirn war zum Künstler geworden. Es entwarf immer detailliertere Skizzen, Karten und Abbilder der Welt. Unermüdlich fertigte es neue Bilder an, es _(* Ausschnitt aus dem Riechkolben des ) _(Hunde-Gehirns; halbschematische ) _(Strukturzeichnung von Camillo Golgi ) _((1844 bis 1926). ) entwickelte immer neue Techniken, seine Werke ausdrucksstark und plastisch zu gestalten. So verwob die Evolution das Subjekt und die von ihm wahrgenommene Welt, die Wirklichkeit und den sie erkennenden Geist zu einem untrennbaren Ganzen.
Im Menschen hat die Natur die Kunst des Verwebens zu einer neuen Blüte getrieben. Sie durchtränkte ihr Kunstwerk mit subtilen Gefühlen, bereicherte es durch üppige Erinnerungen und gab dem Ganzen schließlich die Fähigkeit, sich selbst zu erkennen.
Der Mensch ist nicht nur das intelligenteste Wesen, das die Evolution hervorgebracht hat. Gleichzeitig mit dem Intellekt differenzierte sich das Instrumentarium des Urteilens: die Gefühle. Vermutlich kann kein Tier so vielseitig wie ein Mensch Sehnsucht, Lampenfieber oder Mitleid empfinden.
Und auch die Hände entwickelten sich parallel mit Gedanken und Intellekt - das Instrument also, mit dem der Mensch auf seine Umwelt einwirkt. Nur weil sich der Affe aufrichtete und mit seinen Vorderpfoten die Welt zu erkunden und zu gestalten vermochte, konnte sich auch das menschliches Gehirn entwickeln.
So entstand ein Emulgat aus Erinnerungen, Wahrnehmungen, Gefühlen, Wünschen und Urteilen. Jede menschliche Wahrnehmung ist in Gefühle gebadet, jedes Gefühl weckt Erinnerungen, und jede Erinnerung treibt den Menschen zu Taten.
Das Wunder der Einheit ist das große Rätsel der Hirnforschung im "Jahrzehnt des Gehirns". Bis in molekulare Details hat sie den Gewebeklumpen im Kopf zerlegt. Sie kann elektrische Impulse einzelner Nervenzellen messen und die Aktivität des verworrenen Fasergeflechtes beobachten. Schon heute haben die Hirnforscher gewaltiges Wissen über das Steuerorgan im Kopf angesammelt.
Es entstand ein Kaleidoskop von Wissenssplittern. Noch ist es ein wirres Puzzle aus Botenstoffen, Hirnregionen und geistigen Funktionen. Fast täglich kommen neue Puzzleteile hinzu.
Im Kopf jedoch besteht die Welt nicht aus unabhängigen Splittern. Alles im Hirn scheint mit allem verknüpft. Und aus dieser Verknüpfung ersteht in unserem Geist die Welt als Gesamtkunstwerk in scheinbar so einfacher Schönheit.
Vielleicht sind die Hirnforscher dazu verdammt, immer aufs neue an dem verwobenen Netz zu scheitern, das der Geist ist. Vielleicht können sie immer nur einige Maschen aus diesem Netz herausschneiden, um deren Knoten zu verstehen. Das Netz als Ganzes könnte trotzdem ein unlösbares Rätsel bleiben.
Wie zwei Liebende würden dann geistiges und materielles Hirn für ewig einander zu verstehen versuchen. Und der Computer-Wissenschaftler Emerson Pugh hätte recht gehabt, als er sagte: "Wenn das Hirn so einfach wäre, daß wir es verstehen könnten, dann wären wir so einfach, daß wir es nicht könnten." o
* Der Computer ordnet jedem Punkt des Gesichts Informationen über dessen Umgebung zu, wie hier dem linken Auge, der Nasenspitze und dem rechten Auge. * Messungen am Sehsystem, im Frankfurter Max-Planck-Institut für Hirnforschung. * Ausschnitt aus dem Riechkolben des Hunde-Gehirns; halbschematische Strukturzeichnung von Camillo Golgi (1844 bis 1926).

DER SPIEGEL 11/1992
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