Das menschliche Gehirn ist seit langem Gegenstand von Faszination und wissenschaftlicher Untersuchung. Das Verständnis der komplizierten Zusammenhänge zwischen Gedanken, Handlungen und der Funktionsweise des Gehirns ist ein komplexes Unterfangen, das Forscher aus verschiedenen Disziplinen beschäftigt. Fortschritte in der Technologie und den Neurowissenschaften haben beispiellose Einblicke in die inneren Mechanismen des Gehirns ermöglicht und spannende Möglichkeiten und ethische Überlegungen aufgeworfen.
Die Schnittstelle zwischen Gehirn und Geist
Die moderne Hirnforschung deutet auf eine enge und untrennbare Verbindung zwischen Gehirn und Geist hin. Das Gehirn kann als die Trägersubstanz unserer Gedanken verstanden werden, das physische Medium, in dem unsere Gedanken stattfinden. Jeder Gedanke geht mit einem eigenen, unverwechselbaren Muster der Hirnaktivität einher. Die Verbindungen zwischen den Nervenzellen bilden die Grundlage für unsere Assoziationen, wie etwa Hitze, Eis, Schwimmbad und Badehose. Dadurch können die Muster der Hirnprozesse sich immer wieder zu neuen Aktivitäten anstoßen. In dieser Sichtweise ist auch unser geistiges Leben zeitlich begrenzt.
Das Verständnis, wie unsere Gedanken sich auf eine bestimmte Art und Weise „anfühlen“, ist ein großes Rätsel beim Zusammenhang von Gehirn und Geist. Ein Roterlebnis fühlt sich anders an als ein Tonerlebnis, und das wiederum anders als ein Schmerzerlebnis. Aber im Gehirn wird dies alles durch sehr ähnliche Nervenzellen ermöglicht. Wie kann es da zur Vielfalt unseres geistigen Lebens kommen? Für diese Frage hat die Hirnforschung bis heute keine ausreichende Antwort. Es gibt verschiedene Bewusstseinstheorien, aber nicht sehr viele wissenschaftliche Daten, um sie zu stützen.
Gedankenlesen: Fiktion oder Realität?
Das Konzept des Gedankenlesens hat sowohl in der Science-Fiction als auch in der wissenschaftlichen Forschung eine bedeutende Rolle gespielt. Jüngste Fortschritte in den Neurowissenschaften und der Technologie haben es Forschern ermöglicht, Gehirnaktivitäten mit beispielloser Präzision zu entschlüsseln. Dies hat die Frage aufgeworfen, inwieweit wir in der Lage sind, die Gedanken einer anderen Person zu lesen.
Prof. Dr. John-Dylan Haynes, ein renommierter Hirnforscher, erklärt, dass bei jedem Gedanken, den ein Mensch hat, viele Nervenzellen beteiligt sind. Es ist also nicht nur eine Nervenzelle für einen Gedanken da und eine andere für einen anderen Gedanken da - es wäre ja auch denkbar. Aber das Gehirn hat sich anders organisiert. Es sind also immer 100.000 Zellen aktiv bei jedem Gedanken, den eine Person hat. Wenn diese Nervenzellen aktiv werden, feuern sie, aber sie verbrauchen auch Sauerstoff. Sie holen sich den Sauerstoff aus den Blutgefäßen und da ändert sich dann der Magnetisierungsgrad des Blutes. Mit der funktionellen Magnetresonanztomografie misst man die Aktivität der Neurone nur indirekt.
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Mit der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) können Forscher die Aktivität der Neuronen indirekt messen, indem sie Veränderungen im Magnetisierungsgrad des Blutes erkennen. Jeder Gedanke geht mit einem unverwechselbaren Muster der Hirnaktivität einher. Mit der fMRT können Forscher diese Muster identifizieren und mit bestimmten Gedanken oder mentalen Zuständen in Verbindung bringen.
Haynes und sein Team haben einen Computer trainiert, diese Aktivitätsmuster zu erkennen. Nehmen wir mal an, eine Person ist im Hirnscanner und wir messen die Hirnaktivität, während eine Person an einen Hund denkt, an eine Katze denkt und an eine Maus denkt. Diese Aktivitätsmuster bei diesen Gedanken sind alle leicht unterschiedlich. Wir können jetzt einen Computer trainieren, diese Aktivitätsmuster zu erkennen. Und wenn wir dann die Person sich frei aussuchen lassen, an was sie denkt - Hund, Katze, Maus - dann können wir mit einer relativ guten Trefferquote mit dem Computer aus der Hirnaktivität dechiffrieren, woran die Person gerade denkt. Man könnte das bezeichnen als eine ganz einfache Form des Gedankenlesens.
Obwohl diese Experimente vielversprechend sind, ist es wichtig zu beachten, dass sich das Gebiet des Gedankenlesens noch in einem frühen Stadium befindet. Die Vielschichtigkeit unseres quirligen Bewusstseins schützt uns zurzeit noch davor, vollständig transparent zu werden.
Das Fenster zum Gehirn: Ein Blick in die neuronale Aktivität
Das US-Verteidigungsministerium unterstützt das Projekt „Window into the Brain“ mit 21,6 Millionen Dollar. DARPA ist die Abkürzung von Defense Advanced Research Projects Agency. Ehud Isacoff leitet das Projekt "Window into the brain", an dem insgesamt zwölf Laboratorien mitwirken.
Ehud Isacoff und sein Team arbeiten an der Entwicklung eines Geräts, das die Aktivität einzelner Neuronen lesen und ihnen gleichzeitig antworten kann. In beiden Fällen wird Licht verwendet. Die Methoden dazu wurden in den letzten 20 Jahren in Tierstudien entwickelt. Bislang wurde das immer mit großen Mikroskopen getan. Sie würden gern dieses Mikroskop, das mit vielen Zellen über Licht kommunizieren kann, miniaturisieren. Soweit, dass es am Ende lediglich noch so groß wie ein Würfel Zucker ist.
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Das Projekt "Window into the Brain" steht jedoch nicht nur vor technischen und biologischen Herausforderungen, sondern zugleich auch vor mathematischen. Wie findet man heraus, was der entscheidende Aspekt des auslösenden Signals in einer großen Zahl von Neuronen ist und wie kreiert man daraus einen Algorithmus, der dem Gehirn dieselbe Erfahrung ermöglicht wie ein natürlicher Reiz? Da gibt es verschiedene Ansätze für die Berechnung. Und sie sind in Berkeley in der glücklichen Situation, dass mehrere Forscher Experimente durchführen und gleichzeitig Berechnungs-Zauberer sind. Und sie haben auch ein Zentrum für theoretische Neurowissenschaften, das Redwood-Center. Diese Kombination ermöglicht es ihnen, das Berechnungsproblem in den Griff zu bekommen.
Gehirn-Computer-Schnittstellen: Gedanken in Handlungen umwandeln
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs) sind vielversprechende Technologien, die eine direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn und externen Geräten ermöglichen. Diese Schnittstellen haben das Potenzial, Menschen mit körperlichen Einschränkungen zu helfen und neue Möglichkeiten zur Steuerung von Technologie zu eröffnen.
Mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle, einem sogenannten Brain Computer Interface (BCI) schaffen es gelähmte Menschen, nur mit Gedankenkraft einen Roboterarm zu steuern, einen Cursor auf einem Computerbildschirm zu bewegen, oder ein Auto durch eine virtuelle Umgebung zu lenken. Nur mit einer Kopplung von Gehirn und Computer ist das möglich.
Elon Musk, der CEO von Tesla und Neuralink, arbeitet intensiv an der Entwicklung von BCIs. Neuralink hat sich zum Ziel gesetzt, implantierbare Gehirn-Computer-Schnittstellen zu entwickeln, die es Menschen ermöglichen, Computer und andere Geräte mit ihren Gedanken zu steuern. Musk sieht eine Zukunft, in der BCIs unsere kognitiven Fähigkeiten verbessern und uns in die Lage versetzen, mit künstlicher Intelligenz zu verschmelzen.
Die Rolle des limbischen Systems in Denken und Handeln
Gerhard Roth, Professor für Verhaltensphysiologie, betont die Bedeutung des limbischen Systems, des emotionalen Zentrums des Gehirns, für die Gestaltung unseres Denkens und Handelns. Das Gefühl, das limbische System, hat nämlich das erste und das letzte Wort. Das Gefühl erzeugt in uns Wünsche, Pläne und Absichten und stößt damit unser bewusstes Denken an. Und zwar wird unser Denken, unser Verstand, unsere Vernunft immer dann eingesetzt, wenn Gefühle keine fertigen Rezepte haben, wenn etwas so komplex ist, dass die Gefühle damit nicht fertig werden.
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Das Bewusstsein ist aus dieser Sicht eine Art Großrechner ohne Entscheidungsgewalt. Bei der Frage, was getan oder unterlassen wird, darf es nicht mitreden. Erste und letzte Handlungsgründe werden im Limibischen System verhandelt, in jener Ebene des Gehirns also, die uns gerade nicht bewusst ist.
Roth argumentiert, dass unsere Emotionen und unbewussten Prozesse eine wichtige Rolle bei der Steuerung unseres Verhaltens spielen. Das Ich ist eine wichtige Instanz, denn ohne diesen virtuellen Akteur, so kann man ihn nennen, könnten wir sozial nicht überleben. Es ist aber ein virtueller Akteur, eine Lupe sozusagen, ein Hilfsmittel, das selbst nichts tut. Es ist, wenn man es zynisch sagen will, eine Benutzeroberfläche, mit der man Dinge viel besser handhaben kann.
Neuroplastizität: Die Anpassungsfähigkeit des Gehirns
Neuroplastizität ist die Lehre von der Fähigkeit des Gehirns und damit des Nervensystems, seine Struktur und Funktion aufgrund von Erfahrung zu verändern. Und das ständig, ein Leben lang.
Lernen neuer Bewegungen stärkt Motorik-Areale (Harvard, 2007: nur Vorstellung eines Fingertrainings vergrößerte den entsprechenden Kortexbereich fast so stark wie echtes Training). Neue Bedeutungen geben verändert Stressantworten (Stanford, 2016: Personen, die Stress als „Energielieferant“ bewerteten, hatten weniger kardiovaskuläre Folgen). Aufmerksamkeitstraining senkt Schmerz und Angst (Meta-Analysen zu MBSR, 2010-2024).
Kurz: Wiederholung + emotionale Bedeutung + Körperbeteiligung = neue neuronale Bahnen.
Ethische Überlegungen und Zukunftsperspektiven
Die Fortschritte in der Hirnforschung und der Technologie werfen wichtige ethische Fragen auf. Da wir in der Lage sind, die Gedanken einer anderen Person zu lesen und zu manipulieren, müssen wir uns mit den potenziellen Folgen dieser Fähigkeiten auseinandersetzen.
Prof. Dr. John-Dylan Haynes organisiert jedes Frühjahr mit Kolleg*innen in Berlin eine große Veranstaltung, bei der die ethischen Aspekte ihrer Forschung intensiv diskutiert werden. Wir sind es gewohnt, dass wir unsere intimsten Gedanken geheim halten können. Deshalb brauchen wir auch Regeln, um die Privatheit unserer Gedankenwelt zu schützen, gerade wenn die Daten für kommerzielle Zwecke in Firmen verwendet werden. Denn man könnte zum Beispiel einiges über eine Person finden, was sie nicht preisgeben möchte.
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir ethische Richtlinien und Vorschriften entwickeln, um die Privatsphäre und Autonomie des Einzelnen zu schützen. Wir müssen sicherstellen, dass diese Technologien verantwortungsvoll und zum Wohle der Gesellschaft eingesetzt werden.
Die Erforschung der Zusammenhänge zwischen Gedanken, Handlungen und dem Gehirn ist ein fortlaufender Prozess. Mit jedem neuen Durchbruch gewinnen wir ein tieferes Verständnis der Komplexität des menschlichen Geistes. Diese Erkenntnisse haben das Potenzial, die Medizin zu revolutionieren, unsere kognitiven Fähigkeiten zu verbessern und neue Möglichkeiten zur Kommunikation und Interaktion zu eröffnen.
Das Gedächtnis: Ein gigantischer Arbeitsspeicher
Unser Gehirn ist ein gigantischer Arbeitsspeicher. Er ist immer aktiv und arbeitet auf Hochtouren. Alles, was ihr täglich erlebt oder lernt, wird in den mehr als 85 Milliarden Nervenzellen im Gehirn verteilt und gespeichert. Mit einem Reiz aktivieren wir das ganze Netz an Nervenzellen im Gehirn. Diese elektrischen Impulse kann man sogar in bildgebenden Verfahren messen. Die Schaltzentrale für unser Gedächtnis ist der Hippocampus. Dort werden alle Sinnesreize und Erlebnisse gefiltert und an die verschiedenen Hirnregionen geschickt. Informationen, die unser Gedächtnis möglichst lange behalten möchte, werden im Langzeitgedächtnis abgelegt. Sind vor allem Emotionen beteiligt, dann besteht die Chance, dass wir diese Sinneseindrücke besonders lange im Gedächtnis behalten: Emotionale Momente werden über das limbische System gefiltert, das aus Hippocampus und Amygdala besteht. Deshalb können wir uns so gut an die erste große Liebe erinnern. Unser Gehirn wählt gezielt aus, was es wirklich behalten möchte. Wenn wir uns erinnern, dann aktivieren wir gespeicherte Informationen aus unserem Gedächtnis . Erinnerungen werden in den verschiedenen Regionen des Gedächtnisses abgelegt. Im prozedualen Gedächtnis ist der Platz für Fähigkeiten, wie Fahrrad- oder Autofahren - motorisches Verhalten, das wir einmal gelernt haben und dann automatisch ausführen können. Andere Erinnerungen, wie Faktenwissen und persönliche Erlebnisse, nehmen wir viel bewusster war. Sie werden im episodischen Gedächtnis gespeichert.
Besonders traumatische Erlebnisse tauchen plötzlich auf, ohne einen bestimmten Zusammenhang mit dem Erlebten. Prof. Dr. Nikolai Axmacher von der Ruhr-Universität Bochum forscht zu posttraumatischen Belastungsstörungen und erklärt, dass besonders belastende Ereignisse in unserem Gehirn anders gespeichert werden. Die Schaltzentrale des Gedächtnisses, der Hippocampus, wird durch den Stress außer Gefecht gesetzt. Die Amygdala übernimmt die Verarbeitung, denn sie reagiert auf Angst und Furcht, sagt Nikolai Axmacher. Negative Erinnerungen können wir analysieren, das Erlebte hinterfragen und von verschiedenen Perspektiven betrachten. Das hilft, um damit leichter umzugehen. Traumatische Erlebnisse verschwinden nicht, sie treten durch sogenannte Flashbacks unwillkürlich immer wieder auf. Nur eine Therapie kann hier helfen, das Erlebte in den richtigen biografischen Kontext einzuordnen. Mit dem Ziel, sich dann mit weniger Angst daran zu erinnern.