Lauschangriff auf das Gehirn

10. Mai 2007 Stephan Schleim

Wie weit können wir in die menschliche Gedankenwelt vordringen und ist ein Datenschutz für das Gehirn erforderlich?

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Neue Verfahren der Hirnforschung erlauben es Forschern, bisher ungeahnte Schlüsse über geistige Prozesse zu ziehen. Dabei liegen Schwerpunkte darauf, Bewusstseinsinhalte zu entschlüsseln und Computer oder gar künstliche Prothesen per Gedankenkraft zu steuern. Da die Methoden in den intimsten Bereich der menschlichen Psyche vordringen, müssen sie auch in einer ethischen und öffentlichen Diskussion auf ihre Alltagstauglichkeit überprüft werden.

Die Gottlieb Daimler und Karl Benz-Stiftung versammelte gestern führende Hirnforscher aus Europa und Nordamerika in Berlin auf der Tagung Gedankenforscher - Was unser Gehirn über unsere Gedanken verrät. Hier ging es nicht nur um die Frage, welche Aktivierungen sich im Gehirn bei bestimmten Aufgaben messen lassen. Der gemeinsame Kern war stattdessen das grundlegende Projekt, dem menschlichen Denken mit den Methoden der Hirnforschung möglichst nahe zu kommen.

John-Dylan Haynes, einer der wissenschaftlichen Gastgeber und seit kurzem Professor am Bernstein Center for Computational Neuroscience in Berlin, konnte in seinen Experimenten mit dem Hirnscanner immerhin verborgene Absichten entdecken (Verräterische Muster im Gehirn). Ermöglicht haben ihm dies Verfahren des Maschinenlernens, wie man sie aus der computergestützten Bilderkennung kennt. In der Hirnaktivierung seiner Versuchspersonen fand er Muster, welche Aufschluss darüber gaben, ob die Probanden eine Addition oder Subtraktion durchführen würden.

Einen Schritt weiter ist sein Doktorand Chun Siong Soon gegangen. Er wählte einen Versuchsaufbau, der den berühmt gewordenen Libet-Experimenten ähnelt. Die Teilnehmer durften sich im Hirnscanner spontan überlegen, ob sie entweder mit der linken oder mit der rechten Hand einen Knopf drücken möchten. Währenddessen haben sie auf einem Computerbildschirm der Reihe nach Buchstaben gezeigt bekommen. Zusätzlich zum Knopfdruck hatten sie dann die Aufgabe, sich den Buchstaben zu merken, der gerade gezeigt worden war, als sie ihre Entscheidung getroffen hatten. Dies ermöglichte es Soon, auch schon vor diesem Zeitpunkt nach Informationen in der Gehirnaktivität zu suchen, welche im Zusammenhang mit der getroffenen Entscheidung stehen. Interessant ist dabei, dass er in manchen Gehirnbereichen, etwa dem frontopolaren Kortex, bis zu acht Sekunden vorher mit bis zu 60-prozentiger Wahrscheinlichkeit (50 Prozent ist hier Zufall) vorhersagen konnte, für welche der Seiten sich die Versuchspersonen später entscheiden würden.

Noch tiefere Einblicke in die Gedankenwelt konnte der Bewusstseinforscher Christof Koch vom California Institute of Technology nehmen. Er stellte die Ergebnisse einer Studie vor, bei der man Epilepsiekranken bis zu 64 Elektroden ins Gehirn implantiert hatte. Medizinisch sind solche Eingriffe notwendig, um den Ausgangsherd der unkontrollierbaren epileptischen Anfälle einzugrenzen und an diesem Ort im Gehirn chirurgisch einzugreifen, wenn Medikamente und andere Behandlungsmethoden versagen. Diese seltene Gelegenheit konnten die Forscher dazu nutzen, um den Patienten Bilder bekannter Persönlichkeiten und Sehenswürdigkeiten zu zeigen. Christoph Kochs Messungen ergaben, dass manche Neuronen spezifisch auf einzelne Personen reagierten, beispielsweise Bilder der Filmschauspielerin Jennifer Aniston. „Darüber hinaus können wir an den Aktionspotenzialen einer handvoll Neuronen mit großer Zuverlässigkeit bestimmen, welches der Bilder der Patient gerade sieht“, ergänzt Koch.

Bewegende Gedanken

Gedanken nicht bloß entdecken, sondern mit ihnen auch motorische Aktionen ausführen, möchte Professor Gabriel Curio von der Berliner Universitätsklinik Charité. Er hält es für einen „bewegenden Gedanken, dass Gedanken Materie bewegen können“, und präsentierte seine Studien, in denen Versuchspersonen durch gedankliche Kontrolle Zeiger auf einem Computerbildschirm steuern konnten. Ein Klassifikationsalgorithmus, ähnlich dem, den auch Haynes mit seinen Hirndaten verwendet hatte, konnte mit annähernd 100-prozentiger Wahrscheinlichkeit vorhersagen, ob die Testpersonen den Zeiger als nächstes nach links oder rechts bewegen würden. In einer Weiterentwicklung hat er es sogar geschafft, ein Tetrisspiel über gedankliche Kontrolle steuern zu lassen, in dem die Bausteine nicht nur in verschiedene Richtungen bewegt, sondern auch rotiert werden müssen.

Gabriel Curio betont, die Messverfahren seien inzwischen so weit fortgeschritten, dass man diese Aufgaben nach nur 20 Minuten des Trainings per gedanklicher Steuerung durchführen könne. Bis vor wenigen Jahren seien dafür noch mehrere Tage nötig gewesen. Ein System, mit dem man Buchstaben für Buchstaben Wörter zusammensetzen konnte, hat er auf der CeBIT vorgestellt. Ein Nachteil ist jedoch bei seinem Ansatz, dass man sich wie durch einen binären Baum Schritt für Schritt zum Zielbuchstaben durcharbeiten muss, was Zeit kostet. Als eine praktische Anwendung jenseits vom Buchstabieren oder Tetris-Spielen hat Curio ein System vorgeschlagen, das LKW-Fahrer alarmieren könnte, wenn sie mit ihrer Aufmerksamkeit zu weit abschweifen.

Tatsächlich hatte kurz vor ihm der Wissenschaftshistoriker Cornelius Borck von der McGill Universität in Kanada gezeigt, dass es schon 1941 in der deutschen Luftfahrtmedizin Versuche gegeben habe, Piloten ein Warnsignal zu geben, bevor sie aufgrund von Sauerstoffknappheit ihr Bewusstsein verlieren. Diese Versuche seien nicht zuletzt an den damals noch extrem aufwändigen technischen Bauten zur Messung der Gehirnaktivität gescheitert. Daran, die Ausstattung eines ganzen EEG-Labors in einem Flugzeug unterzubringen, war damals einfach nicht zu denken. Ob der Miniaturisierung zum Dank irgendwann gefährliche Auffahrunfälle von LKW-Fahrern durch EEG-Kontrolle vermieden werden können, sei dahingestellt. Die Problematik der übermüdeten Fahrer lässt sich vielleicht auch durch ausreichend Schlaf in den Griff kriegen.

Einen Schritt weiter als Curio geht der gebürtige Brasilianer Miguel Nicolelis, Professor am Duke University Medical Center in Durham, USA (Neuroprothesen ziehen in die Gehirne der Menschen ein). Er nimmt für sich in Anspruch, der erste in der Menschheitsgeschichte gewesen zu sein, der es einem Affen ermöglicht habe, allein durch gedankliche Kontrolle die Bewegung eines Roboterarms zu steuern (Mit neuronalen Signalen direkt einen Roboterarm steuern). Dafür konnte er sich aber nicht wie Curio damit begnügen, die Hirnaktivität an der Kopfhaut zu messen. Stattdessen musste er Elektroden direkt ins Gehirn der Affen implantieren, wo sie das elektrische Feuern der Neuronen direkt aufzeichnen. Mehr als hundert Nervenzellen habe er in seinen Experimenten so schon gleichzeitig und über einen langen Zeitraum in einem einzelnen Affen aufnehmen können.

Dabei interessiert sich Nicolelis nicht so sehr für das Feuern individueller Neuronen, sondern für Kombinationen der Aktivität, die sich auf der Ebene von Zellverbänden ergäben. Um dem Affen die Steuerung des Roboterarms beizubringen, durfte dieser zunächst einen Joystick benutzen. Dabei wurde ein einfaches Spiel verwendet, bei dem er mit etwas Orangensaft belohnt wurde, wann immer er den Arm an eine vorgegebene Zielposition bewegte. Für diese Bewegungen zeichnete der Computer aus den neuronalen Ableitungen die zugehörigen Feuerungsmuster auf. Das Überraschende geschah jedoch, als Nicolelis dem Affen den Joystick wegnahm: Auch ohne seinen Arm zu bewegen, konnte er durch die reine Vorstellung der dazugehörigen Bewegungen den Roboterarm weiter steuern (Das Selbst und der erweiterbare Körper). Interessanterweise, bemerkt er mit einem Lachen, würde der Affe den frei gewordenen Arm nun sogar manchmal dazu benutzen, um sich etwa am Rücken zu kratzen, während er gedanklich den Greifarm weiter steuere.

Nicolelis möchte aber auch schon gleich das nächste „historische Ereignis“ feiern: Zur Zeit arbeite er mit Robotikern an der Kyoto Universität daran, dass ein Affe von seinem Labor in den Vereinigten Staaten aus per Gedankenkontrolle einen zweibeinigen Roboter im Labor in Japan steuern könne. Dafür würden die neuronalen Aktivierungen des Affen während seiner natürlichen Gehbewegungen aufgezeichnet und vom Computer analysiert. In zwei Wochen werde es so weit sein, dass er nicht nur die Roboterbeine aus der Ferne steuern könne, so als ob er selbst damit gehe, sondern womöglich auch Hindernissen ausweichen könne, die man dem Roboter in Japan vor die Füße lege.

Der unterhaltsamen Darstellung Nicolelis zum Trotz fragt man sich aber auch, ob diese Experimente für seine Versuchstiere ebenso unterhaltsam sind. Gerade Tierversuche mit Affen geraten weltweit immer mehr unter Druck. „Die Affen mögen es, diese Aufgaben zu erledigen“, nimmt er vorweg. Generell scheint sich für ihn viel um das Thema Spaß zu drehen: „Die Leute fragen mich oft, warum wir diese Forschung machen. Wir machen es zum Spaß, weil wir Wissenschaftler Spaß haben wollen“, gesteht er dem Plenum. Dem werden manche seiner Kollegen vielleicht nicht zustimmen, wo es doch für viele auch darum geht, intelligente Prothesen zu bauen, welche verlorene Gliedmaßen so ersetzen sollen, als würden sie zum Körper gehören.

Die Idee, die Forschung zum Bauen von ferngesteuerten Kriegsmaschinen zu benutzen, steht außerdem im Raum, seitdem Gabriel Curio eine von ihm nicht näher spezifizierte US-amerikanische „Drei-Buchstaben-Organisation“ mit ihren Ansichten zum „Superkrieger des 21. Jahrhunderts“ zitiert hat. Hierauf geht Nicolelis aber nicht ein, auch wenn seine Forschungsergebnisse diesen Anwendungsmöglichkeiten sehr nahe sind. Wo heute noch der Affe den Roboter fernsteuern soll, könnte es vielleicht morgen schon ein Soldat sein.

„Bewusstseins-Test“ mit dem Hirnscanner

Ähnlich wie mit den intelligenten Neuroprothesen will auch Adrian Owen von der MRC Cognition & Brain Sciences Unit in Cambridge kranken Menschen helfen. Er hat sich dabei auf Patienten spezialisiert, die in einem Wachkoma liegen und bei denen niemand genau weiß, ob sie bei Bewusstsein sind und welche Umweltreize sie wahrnehmen können. Mit einer Art „Bewusstseinstest“ bat er solche Patienten, die keine Möglichkeit der Kommunikation mit der Außenwelt mehr hatten, sich zu bestimmten Zeitpunkten Handlungen wenigstens vorzustellen. Beispielsweise sollten sie, während sie im Hirnscanner lagen, einen imaginierten Rundgang durch ihre Wohnung durchführen oder im Kopf ein Tennisspiel simulieren. Wie man es auch von gesunden Versuchspersonen erwarten würde, antworteten manche dieser Patienten mit einer Hirnaktivierung in Bereichen, die mit der Raumwahrnehmung beziehungsweise mit Bewegungen im Zusammenhang stünden. Owen versteht diese Funde als einen Hinweis auf die Bewusstseinsfähigkeit mancher Wachkoma-Patienten.

An einer Art Gehirn-Schreibmaschine für Gesunde und Kranke arbeitet hingegen Rainer Goebel, der mit seinem BrainVoyager-Softwarepaket neue Standards in der Auswertung von Hirndaten setzte und jetzt Professor an der Universität Maastricht ist. Das Neue an dem Ansatz, an dem seine Doktorandin Bettina Sorger zu Zeit arbeite, ist, dass sich die Versuchspersonen durch eine Kombination verschiedener mentaler Aufgaben nicht schrittweise durch ein Alphabet durchhangeln müssten, sondern mit einem einzigen geistigen Prozess einen bestimmten Buchstaben auswählen könnten. Auch wenn dies bis zu 30 Sekunden dauere, hätten die Versuchsleiter anschließend mit einer Trefferquote von 87 Prozent (der Zufallswert liegt bei 3,7 Prozent) die gemessene Hirnaktivierung den richtigen Buchstaben zuordnen können.

Goebel, selbst ein leidenschaftlicher C++-Programmierer, entwickelte die Idee des Gedankenlesens sogar zu einer Hommage an den Spielkonsolen-Klassiker „Pong“ weiter. In seiner Brain-Pong genannten Variante steuern die beiden Spieler ihre virtuellen Schläger jedoch nicht mit einem Joystick, sondern durch die Kontrolle ihrer Gedanken. Durch so genanntes „Neurofeedback“ könnten die Versuchspersonen selbst ausprobieren, welches Hirnareal sich am besten willentlich beeinflussen lässt. „Einer der Probanden stellte sich vor, alleine beziehungsweise mit einer wachsenden Zahl von Partnern zu tanzen“, nennt Goebel ein Beispiel. Die so erzeugte Intensität der Hirnaktivierung setze seine Software automatisch in eine Position des Schlägers auf dem Spielfeld um. Der einzige Nachteil dabei: Das durchblutungsbedingte Signal, das er im Hirnscanner misst, entsteht mit einer Verzögerung von sechs Sekunden.

Wer rasante Action-Spiele gewöhnt ist, dem dürfte sein Brain-Pong daher wie in Zeitlupe vorkommen. Damit liegt sein Ansatz zwar in der zeitlichen Dimension weit hinter den Methoden von Curio und Nicolelis, die Hirnaktivität im Bereich von Millisekunden erfassen. Dafür kann Goebel aber im Scanner das gesamte Gehirn messen, was je nach den technischen Möglichkeiten alle zwei Sekunden 100.000 bis eine Million unabhängiger Signalpunkte liefere, die seine Software noch während der Messung in Echtzeit auswerten könne.

Abseits vom Buchstabieren und Spielen sieht er Anwendungsmöglichkeiten des „Neurofeedback“ vor allem im klinischen Bereich. So hätten Forscher beispielsweise gezeigt, dass man durch die eingeübte Kontrolle seiner Hirnaktivierung Patienten, die an sonst unbehandelbaren Schmerzen leiden, ihr Leben erleichtern könne. Goebel spekuliert auch, dass man eines Tages schizophrenen Patienten helfen könnte, die manchmal fremde Stimmen hören. Die Idee ist, dass sie durch Training der Gehirnaktivierung entgegen wirken könnten, welche die auditorischen Halluzinationen verursache.

Aus Sicht der psychiatrischen Forschung gab jedoch Henrik Walter, Professor am Universitätsklinkum Bonn, zu bedenken, dass die bildgebenden Verfahren der Hirnforschung noch keinen wesentlichen Beitrag für die ärztliche Arbeit lieferten. Zwar gebe es schon seit 30 Jahren Versuche, bei psychisch Kranken bestimmte Veränderungen in der Hirnaktivierung festzustellen. Die Ergebnisse seien aber von der Tauglichkeit für den klinischen Alltag meilenweit entfernt, da sie sich teilweise widersprächen und es auch unter Psychiatern keine Einigkeit gebe, mit welchen Aufgaben und unter welchen Bedingungen man die Patienten überhaupt untersuchen müsse. Walter hält es daher für erforderlich, neben der Hirnaktivierung auch andere Faktoren, wie die Genetik und die Medikation zu berücksichtigen, um die „Bildgebung für das Krankenbett tauglich zu machen“.

Brauchen wir einen Datenschutz fürs Gehirn?

Wenn es darum geht, so tiefe Einblicke in das menschliche Bewusstsein zu nehmen, sind ethische Bedenken nicht von der Hand zu weisen. Daher legt auch Gisbert zu Putlitz, Vorstandsvorsitzender der Daimler-Benz-Stiftung und Physikprofessor an der Universität Heidelberg, Wert auf den Schutz der „mentalen Privatsphäre“.

Der Mainzer Philosophieprofessor Thomas Metzinger spricht gar von einer eigenen „Bewusstseinsethik“, denn „wenn wir unser eigenes Bewusstsein immer genauer kontrollieren und beeinflussen können, dann müssen wir uns überlegen, welche Bewusstseinszustände wünschenswert sind und ob wir so etwas wie einen Datenschutz fürs Gehirn brauchen.“ Außerdem spricht er immer wieder von einer Abschätzung der soziokulturellen Folgen, welche die neuen Methoden mit sich brächten. Womöglich solle man manche dieser Technologien nicht anwenden, wenn der gesellschaftliche Preis dafür zu hoch sei.

John-Dylan Haynes, der selbst gerne vom „Gedankenlesen“ spricht, räumt dann auch ein, dass wir noch weit von einer Art „universellem Gedankenlesegerät“ entfernt seien. Eine solche Maschine würde einzelnen Gehirnzuständen direkt die entsprechenden Bewusstseinszustände zuordnen. Eines der Probleme, dem sich die Forschung gegenüber sieht, ist laut Haynes die Tatsache, dass „es unendlich viele Gedanken gibt, die Zeit sie einem Computer anzutrainieren aber begrenzt ist.“

Dem pflichtet auch Cornelius Borck aus seiner historischen Perspektive bei. Die frühen Erfolge der EEG-Messungen in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hätten schon damals die Forscher zu weit reichenden Spekulationen zum Gedankenlesen verleitet, die jedoch durch die Forschung nicht erfüllt worden seien. Als Beispiel hierfür nennt er den Versuch einer Eheberatung durch Messungen der EEG-Aktivität. Ganz im Gegenteil gibt er zu bedenken: „Der Erfolg der Neurowissenschaften hat in erster Linie dazu geführt, dass sich uns immer mehr neue Fragen über das Gehirn stellen.“

Auch Christof Koch, sonst ganz auf die neurobiologische Forschung bedacht, schließt seinen Abendvortrag mit einem Hinweis auf ethische Implikationen: Würde es sich als wissenschaftlich erwiesen herausstellen, dass viele Tiere nicht nur Bewusstsein, sondern auch Leidensfähigkeit besäßen, könne dies eine Grundlage für eine vegetarische Lebensform oder eine Vermeidung von Tierversuchen sein. Im Hinblick auf höhere Menschenaffen, die vielleicht sogar eine schwache Form des Selbstbewusstseins besäßen, spricht er von „einem Grundrecht auf Leben“.

Auch wenn es noch eine Weile dauern dürfte, bis wir wie in einem Wörterbuch die gemessene Hirnaktivität in Gedanken übersetzen können, hat die Tagung doch verdeutlicht, dass die technischen Möglichkeiten schon weit fortgeschritten sind und die Zeit für eine öffentliche Diskussion über die Anwendung der Verfahren im Alltag oder durch Regierungsinstitutionen gekommen ist.