Hirnforschung: Rechenschwach durch Magnetkraft

Für die Versuchspersonen kann es ein bisschen unangenehm werden. Laborkräfte in weißen Kitteln machen sich an ihrem Kopf zu schaffen, platzieren Magnetspulen, die mächtige Kräfte abstrahlen, an ihrer Schädeldecke – und plötzlich geht irgendetwas nicht mehr. Eine Hand zuckt, oder eben noch einfache Aufgaben werden plötzlich schwierig.

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine seit Jahren angewendete Methode, mit der bestimmte Hirnbereiche kurzzeitig lahmgelegt werden können – jetzt schwingt sich der magnetische Schlag auf den Kopf zum methodischen Königsweg auf: Man könne damit, hoffen einige Forscher, endlich den Funktionen der Hirnrinde und den Ursachen für deren Störungen auf die Spur kommen.

Eine internationale Forschergruppe hat den Magnethammer nun angesetzt, um einer angeborenen Rechenschwäche, "Dyskalkulie" genannt, nachzustellen. Menschen, die daran leiden, haben enorme Schwierigkeiten mit Zahlen – und zwar deutlich mehr als der normale Schüler, der Mathe nicht leiden kann. Fachleute glauben heute, dass Dyskalkulie einer bestimmten Ausprägung darauf beruht, dass die Patienten kein automatisches Gefühl für Zahlen haben. Beim Rest der Menschheit ist das nämlich so, auch wenn viele das im Alltag anders erleben.

Das Gehirn lässt sich leicht verwirren

Ein normaler Mensch, und sei er noch so mathematikfeindlich, nimmt den Zahlenwert einer Ziffer ganz automatisch war. Ebenso wie jeder, der Lesen kann, ein gedrucktes Wort vor seiner Nase auch automatisch liest, ob er will oder nicht.

Bei Zahlen kann man das so zeigen: Man präsentiert eine "4" in kleiner Schriftgröße und eine "8" in groß. Eine Versuchsperson muss dann per Tastendruck angeben, welche Zahl größer gedruckt ist - mit großgedruckter "8" geht das sehr schnell. Ist die "4" aber größer gedruckt als die "8", verzögert das die Reaktion – weil der Wert und die äußere Gestalt der Ziffer nicht zusammenpassen. Die "4" ist zwar physisch größer, aber numerisch kleiner als die "8", und das verwirrt ein gesundes Gehirn, weil es die Zahlenwerte ganz automatisch wahrnimmt und zueinander in Beziehung setzt.

Bei Dyskalkulie-Patienten ist das anders: Sie können die großgedruckte "8" nicht schneller einordnen, die großgedruckte "4" aber auch nicht langsamer. Der Zahlenwert spielt für ihre Wahrnehmung der Ziffern-Größe keine oder nur eine verringerte Rolle. Weil, glauben Wissenschaftler, die Ziffern nicht automatisch und blitzschnell auf einem sogenannten mentalen Zahlenstrahl eingeordnet werden, wie das bei anderen Menschen der Fall ist.

Künstliche Dyskalkulie durch die Magnetspule

Roi Cohen Kadosh vom University College London und seine Kollegen haben nun aus Gehirnen normaler Studenten kurzzeitig Dyskalkulie-Gehirne gemacht – mit Hilfe der Magnetspulen am Kopf. Zunächst sahen sie mit funktionaler Magnetresonanztomografie (fMRI) im Kopf ihrer Probanden nach, was bei der Bearbeitung der "kleiner oder größer"-Aufgabe normalerweise geschah.

Den Bereich, der dabei am aktivsten war, störten sie dann mit dem Magnetschock durch die Schädeldecke. Und siehe da: Nun spielte auch bei den eigentlich gar nicht rechenschwachen Versuchspersonen die numerische Größe der Ziffer keine so wichtige Rolle mehr. Für wenige Minuten verhielten sich die Gehirne der Kontroll-Probanden ganz ähnlich wie die der Dyskalkulie-Patienten, berichten die Wissenschaftler in der April-Ausgabe von "Current Biology".

Für Hirnforscher ist die Kombination von fMRI und TMS ein Segen – denn den Möglichkeiten, die genaue neurologische Ursache bestimmter Störungen zu finden, sind üblicherweise enge Grenzen gesetzt. Auch wenn man weiß, dass ein Patient an einem bestimmten Ort im Gehirn eine Schädigung oder "Läsion" hat, ist noch lange nicht klar, dass eine bestimmte Einschränkung auch direkt von dieser Läsion verursacht wird. "Man kann keine kausalen Zusammenhänge herstellen", erklärte Cohen Kadosh im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

Wer Ursachen sucht, braucht härtere Daten

Mit dem Blick ins Hirn per fMRI ist es auch nicht getan, denn "normalerweise sieht man bei solchen Studien im Scanner das halbe Hirn aufleuchten", erklärt Hans-Otto Karnath vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung in Tübingen. Welches Areal wirklich eine Rolle spielt, ist schwer zu erkennen, Kausalzusammenhänge sind nicht abzuleiten. Bildgebende Verfahren, so populär sie inzwischen sind, können deshalb nur Anhaltspunkte dafür geben, wo ein bestimmter Prozess abläuft. Wer ursächliche Folgerungen ableiten will, braucht härtere Daten.

Um die anatomische Wurzel eines Problems zu finden, braucht man mindestens "zehn bis zwölf Patienten, die alle eine bestimmte Störung haben", sagt Karnath. Wenn diese Patienten Läsionen in leicht unterschiedlichen Bereichen haben – sei es durch Schlaganfälle, Schädeltraumata oder andere Ursachen – kann man gewissermaßen eine Schnittmenge bilden. Mit ziemlicher Sicherheit liegt dort, wo alle diese Patienten eine Schädigung haben, auch der Ort, von dem die Störung ausgeht.

Diese Art Studie sei für ihn nach wie vor überzeugender als künstliche Läsionen per TMS, sagt Karnath, der selbst mit der Magnettechnik arbeitet. Zwar sind die Methoden in den letzten Jahren präziser geworden – man kann die Magnetwirkung nun auf Areale begrenzen, die nur einen Quadratzentimeter groß oder noch kleiner sind – aber die Grenzen der Technik sind dennoch klar.

Einen künstlichen Schlaganfall erzielt man so nicht

Es sei nämlich "enttäuschend, wie gering die Effekte sind", die man mit der Spulen-Stimulation hervorrufen könne, beklagt Karnath. Die Veränderungen seien sehr schwach, und schlügen sich in erster Linie in verlängerten Reaktionszeiten nieder, wie im Experiment von Cohen Kadosh und seinen Kollegen. Einen reversiblen, künstlichen Schlaganfall kann man durch TMS im Rahmen des Erlaubten nicht hervorrufen.

Christian Plewnia vom Tübinger Universitätklinikum glaubt dennoch, dass die Methode die Neurowissenschaften dauerhaft verändern wird: "Man kann erstmals die kausale Relevanz bestimmter Regionen an Gesunden prüfen." Plewnia selbst ist mit seinen Kollegen dabei, mit Hilfe von TMS die neuronalen Grundlagen des Tinnitus zu erforschen, also der äußerst unangenehmen ständigen Ohrgeräusche, an denen manche Menschen leiden.

Die Einschränkungen der Methode sind nicht zuletzt den ethischen Richtlinien geschuldet, die für solche Experimente gelten – höhere Stimulationsintensitäten würden zwar stärkere Effekte mit sich bringen, aber auch echte Gefahren für den Probanden. Auch so sind TMS-Studien für die Teilnehmer "ziemlich unangenehm", gibt Cohen Kadosh zu. Plewnia beschreibt "Muskelzucken oder dumpfe, stechende Empfindungen", die so manchen Probanden zum Abbruch eines Experimentes trieben. Cohen Kadosh freut sich dennoch über "die ersten kausalen Belege" für die Rolle eines bestimmten Areals im Scheitellappen, dem sogenannten interparietalen Gyrus, für Dyskalkulie. "Mit TMS geht das", sagt Cohen Kadosh, "weil man den Schaden reversibel gestalten kann".