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Neurowissenschaft: "Ich brauche noch einen Moment, bis ich Ihr Gehirn gefunden habe"

Von "National Geographic"-Autor Carl Zimmer

Kopfgesteuert: Das Gehirn als Schnittstelle Fotos
NATIONAL GEOGRAPHIC/ Robert Clark

Wie funktioniert unser Kopf? Wissenschaftler kommen der neuronalen Feinsteuerung zunehmend auf die Schliche. Davon profitieren vor allem Menschen nach schweren Erkrankungen oder Verletzungen.

Hirnforscher Van Wedeen streicht sich über den graumelierten Bart, beugt sich über den Computerbildschirm und scrollt durch eine Dateiliste. "Ich brauche noch einen Moment, bis ich Ihr Gehirn gefunden habe", sagt er. Auf seiner Festplatte hat Wedeen Hunderte von Gehirnen gespeichert - höchst detaillierte 3-D-Bilder von Affen, Ratten und Menschenhirnen. Auch meines. Wedeen hat mir angeboten, mich mitzunehmen auf eine Reise durch meinen eigenen Kopf. Wir würden "alle Touristenattraktionen" besuchen.

Vor einigen Wochen habe ich mich Wedeen als neurowissenschaftliches Versuchskaninchen zur Verfügung gestellt. Dieser Selbstversuch ist Teil meines Unternehmens, eine der großen wissenschaftlichen Revolutionen unserer Zeit nachzuzeichnen: die erstaunlichen Fortschritte bei der Erforschung des Gehirns und seiner Funktionen.

Manche Neurowissenschaftler konzentrieren sich auf die Feinstruktur einzelner Nervenzellen. Andere verfolgen die biochemischen Abläufe im Gehirn und beobachten, wie dort Milliarden Neuronen viele tausend verschiedene Proteine erzeugen und für verschiedene Aufgaben einsetzen. Wieder andere, wie Wedeen, erstellen detaillierte Karten des Gehirns.

Es dient nicht nur dazu, die Funktion und Leistungsfähigkeit des Gehirns zu untersuchen, sondern auch seine Krankheiten und Schwächen. Nach und nach werden Unterschiede im Gehirnaufbau gesunder Menschen und solcher mit Krankheiten wie Schizophrenie, Autismus und Alzheimer erkennbar. Wenn man das Gehirn immer genauer kartiert, wird man die Krankheiten künftig vielleicht früher erkennen und möglicherweise sogar erklären können, wie sie entstehen. Um sie dann mit größeren Erfolgsaussichten behandeln zu können. Eine Forschungsrichtung gibt es allerdings, die schon heute das Leben von Menschen verändert: die Zusammenschaltung von Gehirn und Maschine.

Wenn der Körper es nicht schafft, redet der Computer

Cathy Hutchinson war 43 Jahre alt, als sie einen schweren Schlaganfall erlitt. Sie konnte danach weder sprechen noch sich bewegen. Sie lag im Massachusetts General Hospital in ihrem Bett und verfolgte die Gespräche der Ärzte, die sich fragten, ob sie hirntot sei oder vielleicht doch noch etwas wahrnehme. Erst als ihre Schwester sie fragte, ob sie sie verstehe, gelang es Hutchinson, ihre Augen zu bewegen.

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Brain Activity Project: Ungewisse Reise ins menschliche Hirn

"Mann, war ich froh", erzählt sie mir 17 Jahre später, "denn alle um mich herum haben von mir geredet, als ob ich im Sterben läge". In einen dunkelgrünen Jogginganzug gekleidet, sitzt Cathy in einem Rollstuhl in ihrem Wohnzimmer. Sie ist immer noch fast vollständig gelähmt, sprechen kann sie nicht, nur den Kopf etwas bewegen. Um zu kommunizieren, blickt sie auf Buchstaben, die auf einem Monitor erscheinen. Eine Kamera verfolgt die Bewegungen einer winzigen Metallscheibe, die in der Mitte ihrer Brillengläser angebracht ist, ein Computer bildet Wörter aus den Buchstaben, auf die sie blickt.

Bei Hutchinson ist der motorische Cortex, eine Region im Gehirn, mit der wir unseren Muskeln befehlen, sich zu bewegen, noch intakt. Doch die Leitungsbahnen zu den Muskeln sind seit dem Hirninfarkt unterbrochen. Hier setzt der Neurowissenschaftler John Donoghue an. An der Brown-Universität im US-Bundesstaat Rhode Island sucht er nach einer Methode, wie gelähmte Menschen die Signale ihres motorischen Cortex nutzen können.

Im Jahr 2005 bohrten Chirurgen des Rhode Island Hospital ihr ein Loch in den Schädel und pflanzten den Sensor von Donoghues Gerät ein. Er ist ungefähr so groß wie ein Marienkäfer und enthält hundert winzige Nadeln. Sie stecken nun im motorischen Cortex von Hutchinson und nehmen die Signale der umliegenden Neuronen auf. Feine Drähte leiten sie durch das Loch im Schädel zu einem Verbindungsstück auf der Kopfhaut. Von dort führt ein Kabel zu einem Computer in Hutchinsons Zimmer. Der Rechner lernte ziemlich rasch, die Signale des motorischen Cortex zu interpretieren und einen Zeiger entsprechend über den Bildschirm zu bewegen. Nun konnte Hutchinson wieder mit anderen Menschen "sprechen".

Ein sehr wichtiger Latte Macchiato

Zwei Jahre später koppelten die Wissenschaftler einen Roboterarm an den Computer und verfeinerten das Programm. Schon nach wenigen Trainingseinheiten konnte die Patientin mit der Kraft ihrer Gedanken den Arm vorwärts und rückwärts bewegen, heben und senken, die Roboterfinger öffnen oder zur Faust schließen. Für Donoghue wird der Tag unvergesslich bleiben, als Cathy Hutchinson erstmals nach einem Glas Latte Macchiato griff und zum Trinken an die Lippen führte. "Es fühlte sich ganz natürlich an", erinnert sie sich. Leistungsfähige, einfach zu bedienende Mensch-Maschine-Schnittstellen sind keine Sciene Fiction mehr.
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Gehirn in 3D: Brodmann-Areale waren gestern

In North Carolina experimentiert Miguel Nicolelis an der Duke-Universität mit Außenskeletten, die am Körper festgegurtet werden. Signale aus dem Gehirn steuern die Gliedmaßen. Affen hat er bereits beigebracht, allein durch Denken an bestimmte Bewegungen solche Ganzkörper-Prothesen zu bedienen. Jetzt übt Nicolelis mit einem querschnittgelähmten Menschen. Er soll bei der kommenden Fußballweltmeisterschaft in Nicolelis' Heimatland Brasilien den ersten Anstoß ausführen.

Gekürzte Fassung aus "National Geographic Deutschland", Ausgabe Februar 2014, www.nationalgeographic.de


Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter nationalgeographic.de/hirnforschung

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1. Omnia
HerbertVonbun 16.02.2014
Im ersten Augenblick ist die Freude grenzenlos. Doch nach einer Weile weiss man nicht, ob man sich freuen oder fürchten soll! Wie soll das weitergehen?
2. altbekannte Banalitäten
albert schulz 17.02.2014
Zitat von sysopNATIONAL GEOGRAPHIC/ Robert ClarkWie funktioniert unser Kopf? Wissenschaftler kommen der neuronalen Feinsteuerung zunehmend auf die Schliche. Davon profitieren vor allem Menschen nach schweren Erkrankungen oder Verletzungen. http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/medizinische-forschung-reise-in-unser-gehirn-a-946397.html
Tolle Sensation, auch wenn nur für das Periodikum NATIONAL GEOGRAPHIC Reklame gemacht werden soll, wo man natürlich rein nichts findet, wenn man nicht das Heft kauft. Die Sachlage ist seit langer Zeit bekannt und wird genutzt. In der Großhirnrinde erfolgt die Informationsübermittlung elektrisch, man kann also an einigen wenigen Punkten motorische Signale empfangen und weitergeben. Umgekehrt funktioniert es aber noch lange nicht, weil man nicht weiß, wie das Gehirn reagiert, obwohl man das natürlich bei allerlei Tiergehirnen ausprobiert. Ganz sicher ist, daß der gemeine Mensch nichts davon erfährt, was tatsächlich herausgefunden wurde, weil man einfach sehr viel Geld mit diesem Wissen verdienen kann, oder indem man das Wissen der Gemeinheit vorenthält. Tatsächlich lassen sich nur elektrische Spannungen und die Durchblutung im Gehirn messen, und nur bedingt, also nicht überall und in den kleinsten Verästelungen. Und über die Wirkungsweise der biochemischen Transmitter weiß man wenig und das teilt man nicht mit.
3. Zeitgeist
meinemeinung: 17.02.2014
Zitat von sysopNATIONAL GEOGRAPHIC/ Robert ClarkWie funktioniert unser Kopf? Wissenschaftler kommen der neuronalen Feinsteuerung zunehmend auf die Schliche. Davon profitieren vor allem Menschen nach schweren Erkrankungen oder Verletzungen. http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/medizinische-forschung-reise-in-unser-gehirn-a-946397.html
Das menschliche Gehirn entwickelt sich zusammen mit seiner Umwelt. Es ist daher kein Ist-Zustand, sondern etwas das sich ständig verändert.Auch psychische Krankheiten Krankheiten wie Schizophrenie und Autismus entwickeln sich im Zusammenhang mit der Umwelt und selbst physische Erkrankungen wie Alzheimer, können nicht von äusseren Entwicklungen getrennt werden. Sie sind kein von dieser isoliertes Geschehen. Wenn dies unberücksichtigt bleibt, bleiben wesentliche Heilungsmöglichkeiten unberücksichtigt. Immer wieder beschränkt sich die Forschung auf eine mechanistische Sicht des Menschen, bei denen Vorgänge isoliert betrachtet werden, ohne die umfassenderen Zusammenhänge zu berücksichtigen. Diese Vorgehensweise entspricht weitgehend der Selbstentfremdung des Menschen die beinahe zum Normalzustand geworden ist. Was sollte es helfen, wenn wir uns auf bestimmte Symptome beschränken, aber die tieferliegenden Ursachen ausgeblendet bleiben? Auch der SPON ist was dies betrifft, völlig einseitig in seiner Berichterstattung. Berichte die die tiefere Dynamik der Psyche und eine umfassendere Sicht des Menschen thematisieren, sind kaum noch zu finden. Die entspricht aus meiner Sicht in bedrückender Weise einem Zeitgeist, der sich dem gegenüber immer mehr verschließt. In solch konsequenter Einseitigkeit, verliert Wissenschaft ihren Nutzen und verkehrt sich am Ende ins Gegenteil, indem sie die bereits vorhandene Selbstentfremdung des Menschen noch weiter verstärkt.
4. Seit 2007 betreibe ich Eigenhirnforschung
claudia.calzone 18.02.2014
Zitat von meinemeinung:Das menschliche Gehirn entwickelt sich zusammen mit seiner Umwelt. Es ist daher kein Ist-Zustand, sondern etwas das sich ständig verändert.Auch psychische Krankheiten Krankheiten wie Schizophrenie und Autismus entwickeln sich im Zusammenhang mit der Umwelt und selbst physische Erkrankungen wie Alzheimer, können nicht von äusseren Entwicklungen getrennt werden. Sie sind kein von dieser isoliertes Geschehen. Wenn dies unberücksichtigt bleibt, bleiben wesentliche Heilungsmöglichkeiten unberücksichtigt. Immer wieder beschränkt sich die Forschung auf eine mechanistische Sicht des Menschen, bei denen Vorgänge isoliert betrachtet werden, ohne die umfassenderen Zusammenhänge zu berücksichtigen. Diese Vorgehensweise entspricht weitgehend der Selbstentfremdung des Menschen die beinahe zum Normalzustand geworden ist. Was sollte es helfen, wenn wir uns auf bestimmte Symptome beschränken, aber die tieferliegenden Ursachen ausgeblendet bleiben? Auch der SPON ist was dies betrifft, völlig einseitig in seiner Berichterstattung. Berichte die die tiefere Dynamik der Psyche und eine umfassendere Sicht des Menschen thematisieren, sind kaum noch zu finden. Die entspricht aus meiner Sicht in bedrückender Weise einem Zeitgeist, der sich dem gegenüber immer mehr verschließt. In solch konsequenter Einseitigkeit, verliert Wissenschaft ihren Nutzen und verkehrt sich am Ende ins Gegenteil, indem sie die bereits vorhandene Selbstentfremdung des Menschen noch weiter verstärkt.
Wer den Menschen steuert ? Vielleicht werden wir alle schon lange gesteuert und glauben alle Aktionen kämen von uns selber. Den freien Willen aber gibt es nicht. Wir handeln, denken, agieren ausschließlich so wie unser Hirn schaltet. Titel:
5. Eigenhirnforschung
claudia.calzone 18.02.2014
Nach einem Krampfanfall ist meine Festplatte immer gelöscht, aber die Synapsen sind am wiedererwachen und ich fühle mich, wenn alle Sinnesorgane, das gesamte Denken wie zu neuem Leben erwacht, ist es wie gerade in die Welt gesetzt/geworfen worden zu sein.
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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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