Einführung
Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, dessen Entwicklung und Funktion bis heute viele Fragen aufwerfen. Die Forschung hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte gemacht, insbesondere durch die Entwicklung von Gehirn-Organoiden - dreidimensionalen Zellkulturen, die Aspekte des menschlichen Gehirns im Labor nachbilden. Diese Miniatur-Gehirne, oft von der Größe einer Erbse, bieten neue Möglichkeiten, neurologische Erkrankungen zu untersuchen und die Entwicklung des Gehirns besser zu verstehen.
Das Zeitgefühl der Tiere und der Suprachiasmatische Nukleus (SCN)
Nicht nur Menschen, sondern auch Tiere haben ein ausgeprägtes Zeitgefühl. Tiere verlassen sich auf äußere Einflüsse wie Lichtverhältnisse oder Töne, um die Zeit einzuschätzen. Hunde verknüpfen beispielsweise bestimmte Ereignisse mit Handlungen ihrer Besitzer und können so die Zeit einschätzen.
Der "suprachiasmatische Nukleus" (SCN), ein Nervenknoten in Erbsengröße, der mittig im Gehirn von Säugetieren zu finden ist, spielt eine entscheidende Rolle für das Zeitgefühl. Der SCN verarbeitet äußere Einflüsse wie Licht und sendet diese Informationen an andere Gehirnareale, die daraufhin Nervenreize oder Hormone in den Körper leiten. Dieses Zusammenspiel steuert die Aktivitäts- und Ruhephasen der Tiere. Weitere Faktoren, die das Zeitgefühl der Tiere beeinflussen können, sind Temperaturunterschiede, Nahrungsmangel oder die Intensität des Sonnenlichts.
Die Züchtung menschlicher Gehirn-Organoide
Vor einigen Jahren gelang Jürgen Knoblich in Wien der Durchbruch beim Züchten menschlicher Gehirn-Organoide. Diese Zellhaufen, die wie weiße Erbsen aussehen, schwammen in einer Nährlösung und basierten auf menschlichen Stammzellen. Knoblich und sein Team konnten Organoide nutzen, um Krankheiten, die das menschliche Gehirn betreffen, in frühen Entwicklungsphasen abzubilden.
Knoblich erläuterte die Details des aufwendigen Verfahrens: die Zusammensetzung der Nährlösung, die gewöhnliche Hautzellen eines Menschen erst in Stammzellen und dann in Nervenzellen verwandelt, und die Tricks, damit die Minigehirne im Bioreaktor nicht frühzeitig zerfallen, sondern die Nervenzellen sich selbst zu kugelförmigen Strukturen organisieren können - wie in einem Embryo. Knoblich verglich das Ergebnis dieser Organzucht mit dem Gehirn eines neun Wochen alten Fötus.
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Obwohl sich die Minigehirne deutlich voneinander unterscheiden, weisen sie genug Ähnlichkeiten auf, um als Modell für die Entwicklung des menschlichen Gehirns zu dienen.
Die Größe und Struktur von Gehirn-Organoiden
Gehirn-Organoide erreichen typischerweise eine Größe von wenigen Millimetern, vergleichbar mit einer Erbse. Sie imitieren die Entwicklung des menschlichen Großhirns bis zur neunten Schwangerschaftswoche. Die Zellen in den Organoiden organisieren sich selbstständig und bilden Nervengewebe, das sich nach 20 bis 30 Tagen in unterschiedliche Hirnregionen weiterentwickelt.
Die Organoide erreichen jedoch nicht die Größe und Struktur eines Säuglingshirns, da ihnen die Sauerstoff- und Nährstoffversorgung fehlt, um über einige Millimeter hinaus zu wachsen. Blutgefäße werden in der Petrischalen-Variante nicht ausgebildet. Daher werden die Minihirne in einem rotierenden Bioreaktor aufbewahrt, um eine ausreichende Versorgung der Zellen zu gewährleisten.
Anwendung von Gehirn-Organoiden in der Krankheitsforschung
Trotz ihrer geringen Größe ermöglichen Gehirn-Organoide die Entschlüsselung wichtiger Krankheitsprozesse. Ein Beispiel ist die Mikrozephalie, eine Erkrankung, die mit einem zu kleinen Schädel einhergeht. Forscher konnten ein Minihirn mit Mikrozephalie-Defekt nachbauen und so die Ursache der Erkrankung aufklären: ein Missverhältnis zwischen der Ausbreitung und der Differenzierung von Nervenzellen.
Die Minihirne sollen auch dazu beitragen, komplexere Nervenkrankheiten wie Schizophrenie und Autismus besser zu verstehen. Mutationen, die zu Fehlverschaltungen von Nervenzellen führen, könnten mit den Gehirnen aus der Petrischale untersucht werden.
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Ethische Aspekte und Grenzen der Forschung mit Hirnorganoiden
Die Forschung mit Hirnorganoiden wirft ethische Fragen auf. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass diese Minihirne weder denken noch lernen und kein Bewusstsein entwickeln können. Sie sind weit entfernt von einem selbstständig denkenden Gehirn.
Die Leopoldina, die Nationale Akademie der Wissenschaften, sieht keinen Grund, die Forschung mit Hirnorganoiden zu begrenzen, da sie ethisch verantwortbar ist.
Die Rolle der Stammzellforschung und CRISPR-Cas
Die Stammzellforschung hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte gemacht. Eine neue Methode, die Genforscher jubeln lässt, ist CRISPR-Cas, ein Präzisionswerkzeug der Gentechnik. Jürgen Knoblich hat die Verfahren bereits kombiniert und konnte so den Fehler entdecken, der den Aufbau des Gehirns bei Mikrozephalie verändert.
Mit dem Präzisionswerkzeug entfernte Knoblich den falschen Baustein in der DNA der Patientenzellen und ersetzte ihn durch den richtigen. Die Reparatur zeigte Erfolg: Aus den veränderten Stammzellen entwickelten sich Minigehirne mit fast der gleichen Größe wie bei den gesunden Vorbildern.
Verhaltenschirurgie: Eine kritische Betrachtung
Die Verhaltenschirurgie, bei der durch operative Eingriffe im Gehirn versucht wird, gestörtes Verhalten zu verändern, ist ein umstrittenes Thema. In der Vergangenheit wurden in der Leukotomie-Ära beinahe blindlings faustgroße Hirnpartien abgetrennt oder gar entfernt. Heute zerstören die Operateure nur noch vergleichsweise winzige Mengen Hirngewebe.
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Kritiker wie der Psychiater Breggin bemängeln, dass die Verhaltenschirurgie im Grunde nichts anderes bewirke als "Sanftheit und Zahmheit", den "Verlust von Affekten Spontaneität und Phantasieleben". Psychische Störungen und ihre Ursachen würden durch die chirurgische "Gehirnabtreibung" jedoch keineswegs beseitigt.
Wirtschaftlichkeit und Grenzen der Verhaltenschirurgie
Hirnchirurgen äußern sich begeistert über die Wirtschaftlichkeit ihres Verfahrens. Die Operationskosten liegen in Westdeutschland zwischen 3000 und 5000 Mark. Ob derart kostengünstig beispielsweise der wegen mehrfachen Kindermords verurteilte Triebtäter Jürgen Bartsch unschädlich gemacht werden könne, wurde jüngst von einer Ärztekommission geprüft. Doch hier mussten die Verhaltensoperateure passen: Es sei ihnen unmöglich, den Sitz der Tötungsphantasien bei Bartsch zu lokalisieren; sicherheitshalber müssten also größere Teile des Gehirns zerstört werden.
Der Fall illustriert einen Vorwurf, der den Gehirnchirurgen schon verschiedentlich gemacht wurde: Bei eklatanten Fällen, welche die Gemeinschaft hochgradig gefährden, könne der stereotaktische Erfolg noch längst nicht garantiert werden. Aber allzu bereitwillig würden sich die Hirnchirurgen mit Patienten befassen, deren Leiden, was Kriminalität anlangt, vergleichsweise harmlos sei - und womöglich anderen psychotherapeutischen Behandlungsmethoden ebensogut zugänglich.
Die Definition von Gesundheit und Krankheit in der Psychiatrie
In keinem anderen medizinischen Fachgebiet ist es schwieriger als in der Psychiatrie, die Grenzen zu ziehen zwischen Gesundheit und Krankheit. Wo weder Blutdruckwerte noch Fieberkurven das Leiden anzeigen und die Patienten oft nicht einmal Unbehagen an ihrem Zustand verspüren, wird die Medizin zur heiklen Kunst von Auguren, die im Verhalten eines Menschen nach Symptomen fahnden für eine Krankheit, die im Körper nicht nachweisbar ist: Abweichung von der Norm, Differenz zum Durchschnittsverhalten als einziger - fiktiver - Maßstab.
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