Ein Porträt der menschlichen Gehirnaktivität

Nancy Kanwisher, die Pionierin in der Bildgebung des menschlichen Gehirns, benutzt Scans der funktionellen Magnetresonanz-Tomographie, um Gehirnaktivität (häufig ihre eigene) in bestimmten Arealen zu beobachten. Sie zeigt uns, was sie und ihre Kollegen herausgefunden haben: Das Gehirn besteht sowohl aus hoch spezialisierten Komponenten als auch aus einer Art Generalprozessor. Eine weitere Überraschung: Es gibt noch sehr viel, das wir nicht wissen.

Heute möchte ich Ihnen
von einem Projekt erzählen,

das von Wissenschaftlern auf der
ganzen Welt durchgeführt wird:

ein Nervenporträt
des menschlichen Gehirns zu zeichnen.

Die zentrale Idee
hinter dieser Arbeit ist,

dass das menschliche Gehirn
kein einheitlicher Generalprozessor ist,

sondern eine Sammlung
hochspezialisierter Komponenten,

von denen jede ein anderes
spezifisches Problem löst

und sie uns trotzdem in ihrer Gesamtheit
zu menschlichen Wesen und Denkern machen.

Das folgende Szenario verdeutlicht
dieses Konzept vielleicht:

Sie gehen in die Kita Ihres Kindes.

Wie üblich wartet dort
ein Dutzend Kinder darauf

abgeholt zu werden,

aber dieses Mal sehen die Gesichter
aller Kinder komischerweise gleich aus

und Sie wissen nicht,
welches Kind Ihres ist.

Brauchen Sie eine neue Brille?

Verlieren Sie gerade Ihren Verstand?

Sie gehen eine mentale Checkliste durch.

Sie scheinen klar zu denken.

Ihre Sicht ist scharf.

Alles scheint normal,
bis auf die Gesichter der Kinder.

Sie können sie sehen,
aber nicht unterscheiden,

keines kommt Ihnen bekannt vor.

Nur ein orangenfarbenes Haarband

verrät Ihre Tochter.

Diese plötzliche Unfähigkeit
Gesichter zu erkennen,

tritt bei Menschen tatsächlich auf.

Man nennt das Prosopagnosie,
und sie ensteht,

weil ein bestimmter Teil des Gehirns
geschädigt ist.

Das Auffälligste ist, dass bloß
die Gesichtserkennung beeinträchtigt ist.

Alles andere ist okay.

Prosopagnosie ist eines der vielen
überraschend spezifischen

mentalen Defizite, die nach einer
Gehirnschädigung auftreten können.

Zusammen haben
diese Syndrome lange Zeit nahegelegt,

dass die Gehirnaktivität auf
verschiedene Komponenten aufgeteilt ist.

Das Bestreben,
diese Komponenten zu entdecken,

wurde mit den bildgebenden
Verfahren enorm beschleunigt,

besonders durch das MRT.

Das MRT ermöglicht es uns,

die Anatomie mit hoher Auflösung
von innen zu betrachten.

Gleich zeige ich Ihnen MRT-Schnittbilder
von bekannten Objekten.

Wir fliegen durch sie hindurch
und Sie müssen das Objekt erraten.

Fangen wir an.

Gar nicht so einfach.

Das ist eine Artischocke.

Okay, hier noch eines.

Von unten nach oben gesehen.

Brokkoli!

Ist es nicht schön? Ich liebe es.

Noch eins. Das ist natürlich ein Gehirn.

Es ist sogar mein Gehirn.

Wir gehen scheibchenweise
durch meinen Kopf.

Rechts, meine Nase.

Dann gehen wir hier herüber.

Nettes Bild, wenn ich das
von mir selbst sagen darf,

aber es zeigt bloß Anatomie.

Das bildgebende Verfahren
wurde richtig cool,

als Wissenschaftler neben der Anatomie
auch die Aktivität zeigen konnten:

die feuernden Neuronen.

So sieht das aus.

Das Gehirn ist wie ein Muskel.

Wenn es aktiv wird,

braucht es mehr Blutzufuhr,
die seine Aktivität nährt.

Glücklicherweise wird die Blutzufuhr
beim Gehirn lokal gesteuert.

Wenn also ein Bündel Neuronen
aktiv wird und zu feuern beginnt,

vermehrt sich genau dort die Blutzufuhr.

Das funktionelle MRT registriert
diese vermehrte Blutzufuhr

und reagiert dort stärker,
wo die Nervenaktivität ansteigt.

Damit Sie sich vorstellen können, wie
ein funktionelles MRT-Experiment abläuft

und was man daraus erkennen kann
und was nicht,

zeige ich Ihnen eine
meiner ersten Studien.

Die Frage war,
ob ein bestimmtes Gehirnareal

für die Gesichtserkennung zuständig ist.

Es gab Gründe für diese Vermutung.

Denn wir wussten von Prosopagnosie,
was ich vorhin erklärt habe.

Noch keiner hatte aber dieses Gehirnareal
bei einem gesunden Menschen gefunden.

Wir machten uns also an die Arbeit.

Ich war das erste Versuchsobjekt.

Ich ließ mich scannen, lag auf dem Rücken,
hielt meinen Kopf so still wie möglich

und starrte über Stunden laufend
auf Gesichter und Dinge wie diese.

Als jemand, der fast einen Weltrekord

für im MRT-Scanner verbrachte Stunden
aufgestellt hat, kann ich sagen,

dass für diese Forschung
die Blasenkontrolle extrem wichtig ist.

(Lachen)

Als ich dann wieder draußen war,

analysierte ich schnell die Daten,
um in einem Gehirnareal

eine höhere Blutzufuhr beim
Betrachten von Gesichtern

als bei Dingen zu entdecken.

Und hier ist das Ergebnis.

Dieses Bild ist
für heutige Standards schlecht,

aber damals fand ich es toll.

Es zeigt dieses Areal hier,
diesen kleinen Klecks

-- so groß wie eine Olive --

auf der Unterseite meines Gehirns und
liegt ungefähr 2,5 cm geradeaus von da.

Dieser Teil meines Gehirns
hat eine höhere Blutzufuhr,

das heißt höhere Nervenaktivität beim
Betrachten von Gesichtern als bei Dingen.

Toll, aber war das nur Zufall?

Am einfachsten ist es,
das Ganze zu wiederholen.

Ich wurde also wieder gescannt.

Ich sah mir noch mehr
Gesichter und Objekte an

und es entstand ein ähnlicher Klecks.

Das wiederholte ich immer
und immer wieder.

Dann dachte ich,
das stimmt tatsächlich.

Aber vielleicht ist das nur
bei meinem Gehirn so

und kein anderer hat solche Kleckse.

Wir scannten also ein paar andere Leute

und fanden heraus,
dass fast alle Leute

Gesichter in einer
ähnlichen Gehirnregion verarbeiten.

Die nächste Frage war:

Wie arbeitet dieses Ding?

Ist es rein auf Gesichtserkennung
spezialisiert?

Oder vielleicht nicht?

Vielleicht erkennt es nicht nur Gesichter,

sondern auch andere Körperteile.

Vielleicht reagiert es auf alles
Menschliche, Lebende oder Runde.

Um sicherzugehen,

dass dieses Areal auf
Gesichtserkennung spezialisiert ist,

mussten wir alle anderen
Hypothesen ausschließen.

Wir verbrachten die nächsten
paar Jahre damit,

Menschen zu scannen, während sie
alle möglichen Bilder anschauten.

Wir bewiesen,
dass dieser Teil des Gehirns

höhere Aktivität bei
Gesichtern jeder Art aufwies

und weniger Aktivität
bei anderen Objekten,

wie zum Beispiel diesen.

Konnten wir also abschließend beweisen,

dass diese Gehirnregion
für die Gesichtserkennung zuständig ist?

Nein, konnten wir nicht.

Bildgebende Verfahren können nichts

über die Zuständigkeit
von Gehirnarealen aussagen.

Sie können nur anzeigen, welche Areale
reagieren und welche nicht,

wenn Menschen etwas denken.

Will man wissen, ob ein Hirnareal für
eine bestimmte Aktivität nötig ist,

muss man herumprobieren.

Normalerweise können wir das nicht.

Kürzlich hatten meine Kollegen aber
die außergewöhnliche Gelegenheit,

einen Patienten mit Epilepsie zu testen.

Das ist er in seinem Krankenhausbett.

Auf seiner Gehirnoberfläche
wurden Elektroden platziert,

um den Ursprung
seiner Anfälle zu identifizieren.

Durch Zufall waren zwei Elektroden

über dem Gesichtsareal platziert.

Die Ärzte baten ihn um
sein Einverständnis und fragten ihn,

was er fühlte, wenn dieses Areal
elektrisch stimuliert wurde.

Der Patient wusste nicht,
wo diese Elektroden waren,

und vom Gesichtsareal
wusste er auch nichts.

Beobachten wir, was geschah.

Zu Beginn gibt es einen
vorgetäuschten Versuch.

Sie sehen das Wort "Sham" unten links,
wenn kein Strom zugeführt wird.

Zuerst spricht der Neurologe
zum Patienten. Schauen wir uns das an.

(Video) Neurologe: Schauen Sie mich an

und sagen Sie mir,
was passiert, wenn ich das tue.

Okay?

Patient: Okay.

Neurologe: Eins, zwei, drei.

Patient: Nichts.
Neurologe: Nichts? Okay.

Ich mach es nochmal.

Schauen Sie mich an.

Eins, zwei, drei.

Patient: Sie wurden grad jemand anderes.

Ihr Gesicht hat sich verändert.

Ihre Nase hing runter
und zeigte nach links.

Sie sahen aus wie jemand,

den ich schon mal gesehen habe,
aber irgendwie anders.

Das war ein Trip.

(Lachen)

N. Kanwisher: Dieses Experiment --

(Applaus) --

Dieses Experiment bewies endgültig,

dass dieses Areal nicht nur
auf Gesichter reagiert,

sondern auch kausal
mit der Gesichtserkennung verbunden ist.

Ich habe Ihnen all diese Details
zum Gesichtserkennungsareal gezeigt,

damit Sie sehen,
wie schwierig die Zuordnung eines Areals

zu einem spezifischen
mentalen Prozess ist.

Ab jetzt gehen wir etwas schneller

durch einige andere
spezialisierte Gehirnareale,

die wir und andere entdeckt haben.

Im letzten Monat habe ich also viel Zeit
im Scanner verbracht,

um Ihnen diese Dinge
in meinem Gehirn zu zeigen.

Fangen wir an.
Das ist meine rechte Gehirnhälfte.

Dies ist die Ausrichtung.
Sie schauen so drauf.

Denken Sie sich die Schädeldecke weg.

Sie blicken auf
die Oberfläche des Gehirns.

Sie ist ganz zusammengefaltet.

Nicht gut. Dahinter kann was sein.

Wir wollen das Ganze sehen.

Wir blasen es auf, um alles zu sehen.

Suchen wir nun das besprochene
Areal der Gesichtserkennung,

das auf Bilder wie diese reagiert.

Drehen wir das Gehirn um
und schauen wir uns die innere Oberfläche

auf dem Grund an.
Das ist mein Gesichtsareal.

Rechts daneben sehen wir
ein anderes Areal, hier in Lila.

Es reagiert, wenn wir Farben verarbeiten.

Daneben gibt es weitere Areale,

die mit dem Raumverständnis zu tun haben,

wie jetzt, wenn ich den
ausgebreiteten Raum um mich sehe.

Sie sehen, diese
grünen Areale sind richtig aktiv.

Es gibt auch andere
an der äußeren Oberfläche,

wo es einige andere
Areale für Gesichter gibt.

Ebenfalls in der Nähe ist das Areal,
das visuelle Bewegung verarbeitet,

wie diese sich bewegenden Punkte hier,

in Gelb an der Unterseite des Gehirns.

In der Nähe befindet sich das Areal,

das reagiert, wenn man
Körper oder Körperteile wie diese zeigt,

hier in Hellgrün
an der Unterseite des Gehirns.

Alle Areale, die Sie
bis jetzt gesehen haben,

sind mit spezifischen Aspekten
des Sehens befasst.

Haben wir z. B. für das Hören

auch solche spezialisierten Hirnareale?

Ja, haben wir.

Wenn wir das Gehirn drehen,

gibt es hier eine Region in Dunkelblau,

von der wir erst vor Kurzem
berichtet haben.

Diese Region reagiert stark,

wenn man Geräusche
in dieser Tonhöhe hört.

(Sirenen)

(Cellomusik)

(Klingel an der Tür)

Diese Region reagiert aber nicht stark,

wenn man vertraute Klänge hört,
die keine klare Tonhöhe aufweisen:

(Klatschen)

(Paukenschlag)

(Toilettenspülung)

Okay. Neben dem Tonhöhenareal

gibt es weitere Areale,
die selektiv reagieren,

wenn man Stimmen wahrnimmt.

Schauen wir uns diese Areale mal an.

Meine linke Hemisphäre hat
eine ähnliche Einteilung

-- beinahe identisch --

und die meisten
ähnlichen Areale sind hier,

weisen aber Größenunterschiede auf.

Alles, was ich Ihnen gezeigt habe,

sind verschiedene Areale der Wahrnehmung:

des Sehens und des Hörens.

Haben wir spezialisierte Areale

für ganz ausgefallene und
komplizierte mentale Prozesse?

Ja, haben wir.

In Pink sehen Sie meine Sprachareale.

Man weiß schon sehr lange,

dass diese Gehirnregion generell
mit Sprachverarbeitung zu tun hat.

Aber kürzlich konnten wir beweisen,

dass diese pinkfarbenen Regionen
extrem selektiv vorgehen.

Sie reagieren beim Verstehen eines Satzes,

aber nicht bei anderen komplexeren
mentalen Aktivitäten

wie z. B. Kopfrechnen,
etwas im Gedächtnis behalten

oder eine komplexe Struktur
in einem Musikstück erkennen.

Die faszinierendste bekannte Region
ist die hier rechts in Türkis.

Diese Region reagiert, wenn Sie überlegen,
was jemand anderer wohl denkt.

Das erscheint vielleicht verrückt,

aber wir Menschen machen das pausenlos.

Sie tun dies, wenn Ihnen klar wird,
dass Ihr Partner sich sorgen wird,

wenn Sie ihn nicht anrufen,
dass Sie später kommen.

Mein Gehirn macht das gerade,

weil es merkt, dass Sie sich
wahrscheinlich fragen,

was wohl diese ganze graue
unbekannte Fläche im Gehirn ist.

Ich frage mich das auch.

Dazu führen wir derzeit
einige Experimente durch,

um andere mögliche Spezialisierungen
des Gehirns zu entdecken,

die für andere sehr spezifische
Funktionen zuständig sind.

Wichtig ist aber, dass wir vermutlich
keine eigene Spezialregion

für jede wichtige geistige Funktion haben,

nicht einmal für Überlebensfunktionen.

Vor einigen Jahren

war ein Wissenschaftler in meinem Labor
sehr davon überzeugt,

dass er ein Gehirnareal gefunden hatte,

das Nahrung erkannte,

und es reagierte stark im Scanner,
wenn solche Bilder gezeigt wurden.

Er fand eine ähnliche Reaktion

mehr oder weniger am gleichen Ort
bei 10 von 12 Menschen.

Er war Feuer und Flamme,
rannte im Labor herum

und erzählte allen, mit dieser Entdeckung
würde er bei "Oprah" auftreten.

Aber dann kam der
alles entscheidende Test.

Er zeigte Leuten Bilder
von Speisen wie diese

und verglich sie mit Bildern von
ähnlicher Form und Farbe,

bei denen es sich aber nicht
um Speisen handelte.

Die Gehirnregion reagierte
auf beide Bildertypen genau gleich.

Kein "Essensareal" also,

sondern nur ein Areal,
das Farben und Formen mag.

So viel zu "Oprah".

Natürlich stellt sich die Frage,

wie wir all die anderen
Dinge verarbeiten,

für die wir keine Spezialisierung haben?

Wir haben vermutlich zusätzlich

zu den hochspezialisierten Komponenten,
die ich beschrieben habe,

auch eine Generalmaschinerie
in unseren Köpfen,

die es uns erlaubt,

mit allen möglichen Problemen
fertig zu werden.

Wir haben kürzlich herausgefunden,

dass diese Regionen hier in Weiß
immer dann reagieren,

wenn man eine schwierige
mentale Aufgabe vor sich hat,

immer -- na ja, bei den
sieben Versuchspersonen jedenfalls.

Jede der Regionen, die ich heute
beschrieben habe,

befindet sich bei jedem gesunden Menschen
ungefähr an der gleichen Stelle.

Ich könnte jeden von Ihnen

im Scanner durchleuchten

und diese Areale finden.

Sie würden aussehen wie mein Gehirn.

Es gäbe geringe Unterschiede

in der exakten Lage und Größe.

Bei dieser Arbeit

ist mir nicht der exakte Ort
dieser Gehirnareale wichtig,

sondern dass wir in unserem Gehirn

überhaupt selektive,
spezifische Komponenten haben.

Es hätte auch andersherum sein können.

Das Gehirn hätte auch

ein einheitlicher Generalprozessor
sein können,

eher wie ein Küchenmesser

als ein Schweizer Taschenmesser.

Aber die bildgebenden Verfahren zeigen

vielfältige, interessante Bilder
der menschlichen Gehirnaktivität.

Wir haben also einen Generalprozessor,

zusätzlich zu hoch spezialisierten
Komponenten im Kopf.

Wir stehen erst am Anfang.

Wir haben erst ein paar Pinselstriche

auf unserem Abbild
der menschlichen Gehirnaktivität gemalt.

Die wichtigsten Fragen
bleiben unbeantwortet.

Was machen beispielsweise
all diese Regionen ganz genau?

Warum brauchen wir drei
Gesichtserkennungsareale

und drei räumliche?

Wie teilen sie sich ihre Aufgaben?

Zweitens: Wie sind all diese Dinge
im Gehirn vernetzt?

Mit Diffusionsbildgebung
können Neuronenbündel aufgespürt werden,

die verschiedene Teile
des Gehirns vernetzen.

Mit dieser hier gezeigten Methode

kann man die Verbindungen
individueller Neuronen zeigen.

Vielleicht führt sie irgendwann einmal
zu einem Schaltplan

des gesamten menschlichen Gehirns.

Drittens: Wie verläuft dieser
systematische Aufbau

in der Entwicklung während der Kindheit
und in der Evolution unserer Spezies?

Um diese Fragen zu beantworten,

scannen Wissenschaftler jetzt
auch Tierarten und menschliche Babys.

Viele Menschen rechtfertigen
die hohen Kosten dieser Forschung damit,

dass sie vielleicht einmal Störungen wie
Alzheimer und Autismus behandeln können.

Das ist ein enorm wichtiges Ziel.

Ich wäre sehr glücklich,
dazu beigetragen zu haben.

Aber die Möglichkeit einer Reparatur
ist nicht das einzig Wertvolle.

Der Versuch, die menschliche
Gehirnaktivität zu verstehen,

lohnt sich auch,

wenn er niemals zur Behandlung
einer Krankheit führt.

Was könnte spannender sein,

als die grundlegenden Mechanismen

der menschlichen Erfahrung zu begreifen,

und zu erfassen, wer wir eigentlich sind?

Das ist wohl die größte wissenschaftliche
Herausforderung aller Zeiten.

(Applaus)