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Hirnforschung: Fingerabdruck des Denkens entdeckt

Die funktionalen Verbindungen im Gehirn liefern ein zuverlässiges Muster, um einen Menschen zu identifizieren Zur Großansicht
Emily Finn

Die funktionalen Verbindungen im Gehirn liefern ein zuverlässiges Muster, um einen Menschen zu identifizieren

Jeder Mensch denkt anders - zumindest zeigt seine Hirnaktivität ein individuelles und charakteristisches Muster. Dies könnte Therapien ermöglichen, die besser auf den einzelnen Patienten zugeschnitten sind.

Menschen lassen sich anhand des Musters ihrer Hirnaktivität zuverlässig identifizieren - dieses bildet eine Art individuellen Fingerabdruck, schreiben Forscher der Yale University in der Fachzeitschrift "Nature Neuroscience". Das Muster ist auch dann noch erkennbar, wenn das Gehirn ganz verschiedene Aufgaben zu bewältigen hat.

Die Forscher konnten sogar Rückschlüsse auf die Fähigkeit einer Person ziehen, logisch zu denken und Probleme zu lösen. Sie hoffen daher, dass eine bessere Kenntnis dieser individuellen Prozesse es ermöglicht, Therapien für psychisch Erkrankte auf die Betroffenen zuzuschneiden.

"Jedes Individuum ist einzigartig", schreiben die Autoren der Studie. Dennoch würden bei Hirnstudien die Daten vieler Teilnehmer zusammengepackt, um Gemeinsamkeiten in den Hirnaktivitäten zu entdecken. Die individuellen Unterschiede würden dabei ignoriert.

In der Studie wollten die Forscher ermitteln, ob neuronale Aktivitätsmuster ausreichen, um einzelne Menschen aus einer Gruppe zu identifizieren. Dazu nutzten sie Daten des Human Connectome Projects (HCP), für das die Hirnaktivität von Menschen mithilfe funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) aufgezeichnet wurde.

Das Muster findet sich immer im Gehirn - egal, was dieses macht

Die Forscher untersuchten die Hirnmuster von 126 Teilnehmern, die an zwei aufeinanderfolgenden Tagen insgesamt sechs Mal gescannt wurden. Zweimal waren die Menschen dabei in Ruhe, die anderen Male mussten sie je eine Aufgabe erfüllen, die ihr Gedächtnis, ihre Motorik, Sprache oder Emotionen forderte. Untersucht wurde die Aktivität an 268 Knotenpunkten und rund 36.000 Verbindungen, die über das Gehirn verteilt waren.

Die Hirnaktivität eines Menschen bildet eine Art Fingerabdruck Zur Großansicht
Mark Saba

Die Hirnaktivität eines Menschen bildet eine Art Fingerabdruck

Kannten die Forscher einen der beiden Ruhezustand-Scans, konnten sie anhand des anderen die Teilnehmer mit einer Trefferquote von 93 bis 94 Prozent ermitteln. Auch die Aufnahmen, während das Gehirn verschiedene Aufgaben bewerkstelligen sollte, unterschieden sich zwischen den Teilnehmern. Anhand einer Aufnahme eines Teilnehmers konnten die Forscher die anderen Aufnahmen derselben Person in 80 bis 90 Prozent der Fälle korrekt zuordnen. Die Forscher schlossen daraus, dass das individuelle Muster intrinsisch ist und selbst dann noch zu identifizieren, wenn das Gehirn ganz verschiedene Aufgaben bewerkstelligen muss.

Pascal Fries, Leiter des Ernst Strüngmann Instituts (ESI) für Neurowissenschaften in Frankfurt, spricht von einer sehr überzeugenden Arbeit: "Die Zuverlässigkeit, mit der Personen identifiziert werden konnten, beeindruckt mich", sagt der Hirnforscher, der an der Studie nicht beteiligt war.

Die Wissenschaftler schlossen in der Studie aus, dass der ermittelte Fingerabdruck auf Kopfbewegungen im Scanner oder eine unterschiedliche Hirnanatomie zurückging. Allerdings müsse man nun zeigen, dass die Aktivitätsmuster eines Menschen sich nicht nur an zwei aufeinanderfolgenden Tagen ähneln, sondern auch über Wochen, Monate oder sogar viele Jahre.

Hoffnung auf individuellere Therapien

Besonders verräterisch waren die Netzwerke, wenn Stirnlappen (Frontallappen) und Scheitellappen (Parietallappen) beteiligt waren. Die Neurobiologen erklären dies damit, dass diese Areale der Großhirnrinde in der Evolution des Menschen besonders spät entstanden sind. Hirnforscher Fries findet das plausibel: Da diese Hirnregionen sich noch im Erwachsenenalter stark verändern, reflektierten ihre Aktivitätsmuster wahrscheinlich auch stärker individuelle Persönlichkeitsmerkmale.

Tatsächlich konnten die Forscher anhand der Aufnahmen Rückschlüsse auf die sogenannte fluide Intelligenz machen. Diese umfasst die Fähigkeit, logisch zu denken und neue Probleme zu lösen. Die Forscher hoffen daher, dass man mithilfe weiterer Forschung anhand des individuellen Aktivitätsmuster auf Verhaltensweisen einer Person schließen kann.

Tatsächlich sei die Nutzung solcher Ansätze ein wichtiger Punkt, sagt Fries. "Diese Verfahren bieten ein Potenzial, das noch nicht ausgeschöpft wird." So könnten etwa quantitative neuronale Marker die Diagnostik und Therapie psychiatrischer und neurologischer Erkrankungen wie etwa Schizophrenie oder Epilepsie verbessern.

mls/dpa

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insgesamt 16 Beiträge
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1.
Claus S.Schoenleber 12.10.2015
Neue Therapien? Neue Identifizierungsmethode auf biometrischer Basis: Vertragsabschlüsse im Internet, Sicherhetischeck auf Flughäfen, Grenzkontrollen, "Asylmissbrauchs"-Prophylaxe, Patientenidentifikation, User-Anmeldung in Chatforen, Steueranmeldung, Fahrzeughalteridentifikation, Personalisierte Fussballspieltickets, Rentenanspruchs-Check, Sozialversicherungs-Kunden-ID, Arbeitslosengeldanspruchsnachweis, ... Es wird aber noch ein wenig preiswerter und mobiler werden müssen. Zehn Jahre?
2. ..10 Jahre ?
innocent bystander 12.10.2015
..in der Zeit könnte man das locker implementieren, häppchenweise;doch für die Obrigkeit interessanter ist die unterscheidungsmöglichkeit zwischen schaf & wolf : Denkansatz bei den Lösungsmöglichkeiten des Problems. Scheint möglich...
3. Und...
Dumme Fragen 12.10.2015
Ein Fingerabdruck ist auch sehr individuell... Bei Wirbellosen würde die Methodik nicht funktionieren, aber bei Wirbeltieren mit ihren Pools von Neuronen, die in der Individualentwicklung verschaltet werden und v.a. entlang von Gradienten zielstrebig aber zufällig auswachsen, hätte mich ein anderes Ergebnis überrascht! Aber so: gegen Null gehender Neuigkeitswert. Wir haben immer noch keine Ahnung, nach welchen Algorithmen die Evolution Gehirne formt und wir haben immer noch kaum eine Hypothese, nach welchen Algorithmen unser Gehirn Informationen verrechnet.
4. Anwendungsmöglichkeiten:
Flugor 12.10.2015
[ ]Nehmen Sie Schmiergeld an? [ ] Falls ja, beginnt der Name der zahlenden Person mit dem Buchstabe "A"? [ ] Mit "B"? [ ] mit "C"? … [ ] Beginnt der zweite Buchstabe des Namens jener Person mit "A"? [ ] Mit "B"? … :D
5. Die Personalleiter ....
Rina Maria 13.10.2015
werden, sobald sie die Technik in Händen haben, jeden Kandidaten scannen und seine Fähigkeit logisch zu denken nicht mehr über sinnfreie Bewerbungen und anderen Auswahlkriterien bestimmen.
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Kurzer Wegweiser durch das Gehirn
Gehirn: Steuerzentrale des Körpers
Als Gehirn bezeichnet man den im Kopf gelegenen Abschnitt des Nervensystems, der die zentrale Steuerungszentrale des Körpers bildet. Bei höher entwickelten Tieren bildet das Gehirn zusammen mit dem Rückenmark das Zentralnervensystem. In ihm sind die Sinneszentren und übergeordnete Schaltzentren (Koordinations- und Assoziationszentren) zusammengefasst. Es ist für die Ausbildung komplizierter Handlungsabläufe, für die Fähigkeit des Gedächtnisses und für die Ausprägung von Denken, Gefühlen, Bewusstsein und Intelligenz verantwortlich.
Gehirnteile: Vorderhirn, Mittelhirn, Rautenhirn
Das menschliche Gehirn und auch das Gehirn vieler Tiere ist in drei Hauptteile gegliedert: Vorderhirn, Mittelhirn und Rautenhirn. Schon bei niederen Wirbeltieren entstehen aus dem Vorderhirn (Prosencephalon) das der Nase zugeordnete Endhirn (Großhirn) und das den Augen zugeordnete Zwischenhirn. Das Mittelhirn (Mesencephalon) bleibt ungegliedert erhalten. Das Rautenhirn (Rhombencephalon) gliedert sich weiter auf in das Hinterhirn mit dem Kleinhirn und der Brücke sowie in das verlängerte Mark, das den Übergang zum Rückenmark bildet. Mit zunehmender Höherentwicklung vergrößern sich die Teile und differenzieren sich weiter.
Großhirn: Spezialität des menschlichen Gehirns
Speziell für das menschliche Gehirn ist die Größe und Komplexität des Großhirns. Die Faltung seiner Oberfläche bewirkt eine enorme Oberflächenvergrößerung, so dass es die übrigen Hirnteile überwölbt. Das Großhirn ist das Zentrum für unsere geistigen und seelischen Fähigkeiten und damit für die komplexesten Gehirnleistungen. Es besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch ein dickes Bündel Nervenfasern, den sogenannten Balken, miteinander verbunden sind.
Großhirnrinde: Sitz der "grauen Zellen"
Die äußere Schicht des Großhirns wird als Großhirnrinde (Cortex cerebri, kurz Cortex) bezeichnet. Sie ist nur etwa zwei bis fünf Millimeter dick und enthält die erstaunliche Menge von 10 bis 14 Milliarden Nervenzellen. Wenn Gehirne in Formalin haltbar gemacht werden, sieht die Großhirnrinde grau aus. Sie wird deshalb auch als graue Substanz bezeichnet und umgangssprachlich spricht man oft von "grauen Zellen". Der übrige Teil des Großhirns besteht aus Nervenfasern, welche die Nervenzellen mit anderen Hirnteilen verbinden. Dieser Teil wird auch als weiße Substanz bezeichnet.

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Gehirn in 3D: Brodmann-Areale waren gestern

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