Auf der Suche nach dem Geist im Gehirn

Lange dachten die Denker der Welt, Geist und Materie seien zwei unterschiedliche Paar Schuhe. René Descartes hat diesen Dualismus überzeugend formuliert: als Trennung von res extensa (dem Körper) und res cogitans (dem Geist). Diese Trennung ermöglichte den frühen Wissenschaftlern, ungestört von den Befindlichkeiten der Kirche ihrer Arbeit nachzugehen. Heute allerdings gehen nur noch wenige Forscher davon aus, dass das Bewusstsein unabhängig von einer biologischen Basis existiert. Die Kausalkette ist einigermaßen schlüssig: Fallen bestimmte Gehirnbereiche aus, fällt der Mensch ins Koma und ist nicht mehr bewusst. Auch im Tiefschlaf – während weite Teile des Gehirns ihre Aktivität reduzieren – findet Bewusstsein nicht statt.

Das zu wissen, hilft uns allerdings nicht weiter. Und reduziert übrigens auch nicht das Wunder des Menschlichen: Wir wissen immer noch nicht, wie es dem Gehirn gelingt, so etwas Komplexes wie uns ins Sein zu heben. Offene Fragen und pure Faszination führen dazu, dass mancher Hirnforscher heute auf philosophischen Pfaden wandelt. Denn er – und seine Kollegen der zumindest hier angrenzenden Wissenschaften Psychologie und Philosophie – können heute erstmals in der Geschichte der Menschheit der Frage nach dem Bewusstsein fundiert und empirisch nachgehen.

John C. Eccles (John Eccles – Über den Spalt hinweg), Mediziner und Philosoph, wurde zu Sir Eccles, weil ihm (zusammen mit Alan Hodgkin und Andrew Huxley) 1963 ein Nobelpreis für die Aufklärung der Erregungsleitung an der Synapse verliehen wurde. Gemeinsam mit dem Philosophen Karl Popper – dem die Wissenschaftstheorie das Prinzip der Falsifikation verdankt – vertrat er als einer der letzten Hirnforscher eine dualistische Position. Das passte gut zum Popper´schen Dualismus, der Trennung der materiellen Welt („Welt 1“) von der geistigen („Welt 2“). Beide legten in dem gemeinsamen Buch „Das Ich und sein Gehirn“ 1977 die These vor, dass es in der linken Hirnhälfte eine Region gebe, die eine Interaktion von Welt 1 und Welt 2 erlaube. Später im Leben suchte Eccles Argumente in quantenmechanischen Prozessen – eine Falle, die viele Denker fängt, sobald sie ihnen Unerklärliches auf erklärbare Füße stellen wollen.

Einer der letzten großen Dualisten heute ist übrigens der Philosoph David Chalmers, Australier wie Eccles, der beim Thema Bewusstsein ein einfaches und ein schwieriges Problem sieht (Das Rätsel Bewusstsein). Zum einfachen Problem gehören Denken, Lernen, Erinnern – sie sind physiologisch teilweise verstanden. Verstanden sind auch die Hirnprozesse, die zum Beispiel beim Wahrnehmen einer roten Rose oder bei Schmerzen auftreten. Doch was das Rot in uns subjektiv auslöst, und wie es sich anfühlt, Schmerzen zu haben – das können wir bislang nicht erklären. Dieses schwierige Problem wird von den Forschern, die sich dem Bewusstsein neurowissenschaftlich nähern, sehr ernst genommen.

Womöglich genauso schwierig ist ein Problem, zu dessen Verdeutlichung Sie sich bitte mal vorstellen, sie betrachteten besagte Rose. Da steht sie vor Ihnen, in all ihrer roten Pracht, dornig, duftend. Während Sie sie betrachten, werden in Ihrem visuellen System die verschiedensten Linien detektiert, aus denen bei weiterer Verarbeitung die Formen der einzelnen Blätter entstehen und noch etwas weiter hinten auf der visuellen Was-​Bahn formiert sich der Seheindruck einer Rose. In Verbindung mit dem Riecheindruck ergibt sich ein rundes Bild, zu dem das Gedächtnis noch die Bezeichnung liefert, und wem man sie zum Heiratsantrag schenken will. Die Frage ist allerdings: Wie finden all diese einzelnen Verarbeitungsstufen am Ende wieder zueinander? Wie kann, was die Sensorik auseinandernimmt, die Wahrnehmung wieder zusammensetzen? Wer je ein Diagramm mit Verknüpfungen unterschiedlicher Hirnareale gesehen hat – viele beschriftete Punkte und ein Wust an Linien, der an ein Wollknäuel erinnert – kann das Problem ermessen.

Wolf Singer – ehemaliger Direktor des Max-​Planck-​Instituts für Hirnforschung in Frankfurt – und seine Mitarbeiter legten 1989 Belege vor, nach denen diese Bindung unterschiedlichster Reize durch die synchrone Entladung von Nervenzellen im 40-​Hertz-​Bereich erfolgen kann. Form, Farbe und Duft fänden nach diesem Modell zum Begriff der Rose, wenn alle beteiligten Neurone ihr Schwingungsverhalten abgestimmt haben. Das beantwortet die Frage, wie eine Wahrnehmung entstehen kann. Nicht aber, wie sie bewusst wird.

Nun betreten mit Gerald Edelman und Francis Crick gleich zwei Nobelpreisträger die Bühne der Bewusstseinsforschung. Ersterer hat bahnbrechende Arbeit am Immunsystem geleistet, letzterer gemeinsam mit John Watson die Doppelhelix-​Struktur der DNA entdeckt. Fachfremd in Bezug auf die Neurowissenschaft waren beide. Und beide gingen forscherische Koalitionen mit aufstrebenden jungen Wissenschaftlern ein.

Edelman tat sich mit dem italienischen Psychiater Giulio Tononi zusammen und entwickelte eine eindrucksvolle systemische Theorie. Grob vereinfacht geht sie so: Man betrachte eine Gruppe von Neuronen mit definierter Funktion als funktionales Cluster – beispielsweise eines für die Geruchswahrnehmung. Indem andere Cluster für Farbe und Form sich hinzuschalten und kleine Cluster größere Cluster bilden können, entwickelt sich ein integrierter Prozess, der sich beliebig komplex nach oben, in Richtung Bewusstsein, skalieren lässt. Dort entsteht dann die Wahrnehmung einer Rose – und wird dort auch bewusst.

Wichtig sind zwei weitere Faktoren: Zum einen gibt es eine Art Darwin´sche Selektion zwischen den einzelnen Clustern. Betrachten wir nicht mehr die rote Rose, sondern die gelbe Nelke, hat das Cluster „rot“ keine Chance mehr und fällt aus der Wahrnehmung. Der zweite Faktor löst das Problem, dass Neurone auf einer schnelleren Zeitschiene ticken als unser Bewusstsein. Um aktiv zu bleiben und dauerhaft die Aktivität weit auseinanderliegender Hirnareale zu integrieren, muss die Information wieder und wieder in das System eingespeist werden – ein „Reentry“, der eine Synchronisierung neuronaler Aktivität überhaupt erst erlaubt.

Treten wir einen Schritt zurück und betrachten nun die diversen Cluster mit ihren Wechselwirkungen, erkennen wir: Bei Edelman und Tononi ist das Bewusstsein ein dynamisches System. Diesen Blick teilen zahlreiche andere Forscher. Weshalb es übrigens auch keinen Sinn macht, Wolf Singer simplen Determinismus vorzuwerfen, also die einfache Vorhersagbarkeit von Verhalten. Denn der neuronale Determinismus, den Singer vertritt, bezieht sich auf eben solche hochdynamischen Systeme und ist damit ein chaotischer: Wüssten wir sämtliche Anfangsbedingungen des Systems, könnten wir seine Zukunft tatsächlich vorhersagen. Doch es gibt viel zu viele Einflüsse.

Im Vergleich zu den fast schon mathematischen Kollegen Edelman und Tononi gingen Francis Crick und Christof Koch ganz praktisch auf die Suche nach den so genannten Neuronalen Korrelaten des Bewusstseins (NCC). Bezogen auf die Rose bedeutet das: Wenn wir sie betrachten, sind bestimmte Neurone in unserem Gehirn aktiv und ermöglichen es, dass uns die Rose bewusst werden kann. Zitat Koch: „Es muss eine explizite Übereinstimmung zwischen einem mentalen Ereignis und seinen neuronalen Korrelaten geben.“

Christof Koch beschreibt seine Forschung mit Francis Crick ausführlich in diesem Video (Koch und Crick und das Bewusstsein), und so wollen wir uns an dieser Stelle nur auf einen Gedanken der beiden konzentrieren, der sich zwar nicht durchgesetzt hat, aber doch sehr schön ist: Crick vermutete als tatsächlichen Sitz des Bewusstseins das Claustrum, ein flaches Blatt von Neuronen zwischen den Basalganglien und dem Cortex. Dessen Neurone weisen einige Besonderheiten auf, und seine Verschaltungen sind so komplex, dass Crick und Koch ihm die Rolle eines Dirigenten im Gehirn zugetraut hätten. Doch das ist schon eine Zeit her, und so einfach ist es wohl nicht. Jedenfalls gehören Tononi und Koch heute zu den einflussreichsten Erforschern des neuronalen Bewusstseins.

Auch das Bewusstsein braucht einen Arbeitsplatz. Diese Idee verfolgt seit 1986 der niederländische Kognitionswissenschaftler Bernhard Baars, und er nennt ihn „global workspace“ (Was ist Bewusstsein?). An ihm ist zu finden, was im Geist aktuell aktiv ist und subjektiv erlebt wird. Zur Rose in unserer Hand finden sich dort vielleicht die Warnung vor Dornen und die Hoffnung auf eine Vase, auf jeden Fall aber das, was es so braucht, um der dazugehörigen zwischenmenschlichen Situation gerecht zu werden.

Hier zeigen sich durchaus Parallelen zum Arbeitsgedächtnis – diese sieben plus/​minus zwei Informationseinheiten, die wir jeweils im Kopf behalten können. Doch es gibt Unterschiede: Zwar wird der Inhalt des Arbeitsgedächtnisses von unbewussten Faktoren beeinflusst, er selbst aber ist uns stets bewusst. So bewusst, dass einige Forscher das Arbeitsgedächtnis sogar mit dem Bewusstsein gleichsetzen. Der global workspace von Baars dagegen hat auch Platz für unbewusste Informationen und umgeht so das Problem, dass sich das Bewusstsein selbst nur mit einem Bruchteil der verfügbaren Daten beschäftigt.

Stanislas Dehaene – bekannt durch seine Arbeiten zum Schreiben und Lesen –, Jean-​Pierre Changeux und Kollegen haben den global workspace im neuronalen Kontext lange Jahre untersucht und 2006 ein dreistufiges Computermodell entwickelt: Ebene 1 bildet die Aktivität einzelner Neurone ab, Ebene 2 diverse Verbindungen zwischen Thalamus und Cortex. Der Thalamus gilt ja als Tor zum Bewusstsein, weil er dem Cortex Informationen zuträgt, und nur dort können diese auch bewusst werden. Ebene 3 stellt ein Netzwerk aus weit entfernten Strukturen dar, die in einem ständigen Prozess von Feedback und Feedforward Information austauschen. Auf diese Weise versucht das Dehaene-​Changeux-​Modell, höhere kognitive Funktionen und eben auch das Bewusstsein zu reproduzieren. Im Praxisversuch erweist es sich als trainierbar – und sogar als hilfreich, beispielsweise bei der Untersuchung der Unaufmerksamkeitsblindheit.

Doch solche Erfolge sind selten. Die Bewusstseinsforschung mit neurowissenschaftlichen Methoden ist daher beliebtes Ziel für Neuro-​Bashing, das aktuell sehr im Trend liegt. Zu beschränkt sei die Hirnforschung bei der Suche nach dem Bewusstsein, nicht nur in ihren Methoden, sondern auch – so zumindest manche Kritiker – in ihren konzeptionellen Ansätzen. Das Argument besticht, denn bislang sind die Neurowissenschaftler auf der Suche nach dem Bewusstsein im Gehirn nicht wirklich weit gekommen. Es übersieht allerdings den Zeitfaktor – und erinnert so ein wenig an die Aussage eines ehemaligen Direktors des New Yorker Patentamtes aus dem Jahr 1899: „Alles, was erfunden werden kann, ist bereits erfunden.“ Sie wurde bekanntlich eindrucksvoll widerlegt.

Zu vermuten ist also, dass auch die Hirnforscher noch einiges finden werden. Beim Bewusstsein allerdings kann es etwas länger dauern.

zum Weiterlesen:

• Edelman, Gerald M. und Tononi, Giulio: Gehirn und Geist. Wie aus Materie Bewusstsein entsteht. München 2000.
• Koch, Christof: Bewusstsein. Ein neurobiologisches Rätsel. Heidelberg 2005.
• Libet, Benjamin: Mind Time. Wie das Gehirn Bewusstsein produziert. Frankfurt 2005.