08.01.13

Neurologie

Wie das Gehirn als Ganzes wirklich funktioniert

In Jerusalem wird ein neues Max Planck Center eröffnet. Ziel der Forscher ist es, die Funktion des Gehirn ganzheitlich zu verstehen – von der Nervenzelle bis hin zur Funktion ganzer Hirnareale.

Von Norbert Lossau
Foto: pa

Darüber wie ein sensorischer Input im Gehirn zu Veränderungen des Verhaltens führt und wie das Verhalten auf bestimmte Hirnareale rückwirkt, rätseln Forscher seit langem
Darüber, wie ein sensorischer Input im Gehirn zu Veränderungen des Verhaltens führt und wie das Verhalten auf bestimmte Hirnareale rückwirkt, rätseln Forscher seit langem

In Jerusalem wird an diesem Mittwoch an der Hebrew Universität ein neues Max Planck Center für Hirnforschung eröffnet. Eine Delegation der Max-Planck-Gesellschaft, inklusive ihres Präsidenten Professor Peter Gruss, ist aus diesem Anlass nach Israel gereist. Für die Forschung werden in den ersten fünf Jahren drei Millionen Euro zur Verfügung stehen.

Der Präsident der Hebrew Universität, Professor Menahem Ben-Sasson, kommentierte das Projekt mit den Worten: "Die wissenschaftliche Kooperation mit Deutschland gehört für uns zu den fruchtbarsten internationalen Kontakten. Sie ermöglicht uns, an der vordersten Front der Wissenschaft zu arbeiten." Mit Peter Gruss sprach über das neue Max Planck Center Norbert Lossau.

Die Welt: Was soll im neuen Max Planck Center mit der Hebrew Universität in Jerusalem auf dem Gebiet der Neurobiologie erforscht werden?

Peter Gruss: Es geht dort darum, einen ganzheitlichen Überblick über das Gehirn zu gewinnen – von der einzelnen Nervenzelle bis hin zur Funktion ganzer Hirnareale. Es geht letztlich um die Frage, wie ein sensorischer Input – durch Sehen, Riechen oder Fühlen – im Gehirn zu Veränderungen des Verhaltens führt. Und umgekehrt, wie konkretes Verhalten auf Areale im Hirn rückwirkt. Dazu ist es notwendig, einzelne Neuronen, Netzwerke von Nervenzellen und ganze Hirnareale im Zusammenhang zu studieren.

Die Welt: Wird diese Forschung an menschlichen Gehirnen durchgeführt?

Gruss: Nein. Die Experimente werden an Hirnen von Fliegen und Mäusen durchgeführt. Das sind sehr gute Modellsysteme, und viele der gewonnenen Erkenntnisse werden sich durchaus auf den Menschen übertragen lassen.

Die Welt: Welche Experimente werden konkret gemacht?

Gruss: Es klingt beinahe unglaublich, doch die Wissenschaftler können beispielsweise in Echtzeit zusehen, wie ein Signal vom Fliegenauge im Gehirn verarbeitet wird. Das sind direkte Einblicke in ein funktionierendes Gehirn. Es ist auch möglich, einzelne Nervenzellen gezielt mit Licht zu stimulieren und dann zu beobachten, wie sich das auf die neuronalen Netzwerke auswirkt und welches Verhalten dadurch ausgelöst wird. Ein anderes Beispiel: Im Elektronenmikroskop werden Nervennetzwerke scheibchenweise analysiert und anschließend im Computer zu einer dreidimensionalen Struktur zusammengesetzt. So lässt sich die ganze Komplexität der neuronalen Verschaltung sichtbar machen.

Die Welt: Diese Forschung geht also sehr viel stärker ins Detail als jene Experimente mit der funktionellen Magnetresonanz-Tomografie (fMRT), bei denen nur die Aktivität von ganzen Arealen sichtbar gemacht wird.

Gruss: So ist es. Bislang gab es zwei Ebenen, die schon sehr gut beforscht worden sind. Zum einen die Ebene des Neurons und zum anderen die der von Ihnen genannten großen Areale, die sich mit dem fMRT abbilden lassen. Doch die eigentliche Musik spielt zwischen diesen beiden Ebenen. Wie über die unterschiedlichen Verschaltungen und neuronalen Subtypen dann gewisse Funktionen als Modul abgebildet werden, das wollen wir erforschen. Erst dann lässt sich verstehen, wie Hirnfunktionen zustande kommen.

Die Welt: Und dann lassen sich vielleicht auch die großen offenen Fragen der Hirnforschung beantworten – zum Beispiel die Frage nach dem Entstehen von Bewusstsein?

Gruss: Hier wird mit Tiermodellen gearbeitet, und die Frage, ob Tiere ein Bewusstsein besitzen, ist als solche nur schwer zu beantworten. Aber wir werden sicher der Antwort, warum das Gehirn so unglaublich plastisch, also anpassungsfähig und veränderbar ist, näher kommen. Und wir werden mit dieser Forschung auch in jedem Fall viel über das menschliche Gehirn lernen können.

Die Welt: Das ist Grundlagenforschung. Doch sind am Horizont auch schon praktische Anwendungen zu erkennen?

Gruss: Auf jeden Fall. Wenn man beispielsweise funktionale Nervennetzwerke nach einem Schlaganfall wieder herstellen will, dann braucht man ein Grundverständnis dafür, wie diese Systeme arbeiten. Auch zur Behandlung von Defiziten im sensorischen System könnten die Ergebnisse dieser Forschung sehr hilfreich sein.

Die Welt: Wie ist es zu der Gründung des neuen Max Planck Centers gekommen?

Gruss: Top-Forschung findet heute global vernetzt statt. In der MPG wird beispielsweise jede zweite Arbeit unter Teilhabe mindestens eines Forschers im Ausland publiziert. Die besten Wissenschaftler vernetzen sich mit ihresgleichen, um komplexe Probleme, die ein einzelner nicht mehr alleine lösen kann, gemeinsam anzugehen. In der Hirnforschung gibt es bereits eine sehr intensive Vernetzung zwischen Wissenschaftlern der Hebrew Universität und der Max-Planck-Gesellschaft. Sie arbeiten komplementär an den genannten Themen. Die Max-Planck-Gesellschaft hat einen Schwerpunkt bei der Analyse komplexer neuronaler Strukturen mittels bildgebender Verfahren. Die Forscher an der Hebrew Universität befassen sich intensiv mit Modellierung und der theoretischen Auswertung. Das ergibt zusammen einen wissenschaftlichen Mehrwert. In dem neuen Max Planck Center wird die Forschung zu gleichen Teilen von beiden Partnern finanziert. Ein wichtiger Schwerpunkt dabei ist auch die Förderung des Nachwuchses.

Die Welt: Ist das neue Center virtuell? Arbeitet jeder in seinem bisherigen Labor?

Gruss: Die Hebrew Universität hat ein neues Gebäude errichtet, das Edmond und Lily Safra Center for Brain Sciences. Dort bestehen also räumlich gute Voraussetzungen für die Forschungsarbeiten. Und in München haben wir ja ohnehin das gut ausgestattete Max-Planck-Institut für Neurobiologie.

Die Welt: Die israelischen Hirnforscher gehören zu den besten in der Welt?

Gruss: Die Hebrew Universität – und auch das Weizmann Institut in Rehovot – gehören zweifelsohne zu den wissenschaftlichen Top-Adressen. Sonst wäre die Max-Planck-Gesellschaft gewiss nicht diese Forschungskooperation eingegangen.

Die Welt: Welchen Erfolg der Hirnforschung haben Sie in den vergangenen Jahren als den spannendsten empfunden?

Gruss: Dass es gelungen ist, Hirnareale spezifisch zu aktivieren und damit Verhaltensänderungen herbeizuführen. Das war ein ganz großer Durchbruch. Denn am Ende wollen wir doch verstehen, wie unser Verhalten gesteuert wird und warum wir so agieren, wie wir es tun.

Die Welt: Wenn wir das verstehen, wäre dann auch die viel diskutierte Frage beantwortet, ob der Mensch einen freien Willen hat? Manche Hirnforscher sind ja davon überzeugt, dass wir keinen freien Willen haben.

Gruss: Ich halte die Frage nach dem freien Willen für ein rein philosophisches Problem. Mir ist diese Diskussion zu weltfremd. So oder so ist es doch das Gehirn, das entscheidet – wie auch immer.

Die Welt: Können Sie weitere Beispiele nennen, wo wir voraussichtlich von der Hirnforschung profitieren werden?

Gruss: Da gibt es eine ganze Reihe von Dingen. Nehmen wir etwa das wichtige Beispiel Querschnittslähmung. Wenn es uns gelingt, Nervenzellen zu regenerieren, dann wird man diese Menschen heilen können. Die Forschung hat in diesem Bereich große Fortschritte gemacht. Dass es irgendwie funktionieren muss, zeigen ja Fische und Amphibien. Schneidet man bei ihnen das Rückenmark durch, so wird der Schaden innerhalb weniger Wochen repariert. Auch im menschlichen Gehirn sind Regenerationsvorgänge denkbar. Parkinsonpatienten sind ja bereits mit Stammzellen erfolgreich behandelt worden. Das zeigt, dass es im Grundsatz geht. Auch bei der Behandlung von Demenzerkrankungen erwarte ich große Fortschritte. Was bringt die Neuronen dazu abzusterben? Wie könnte man das verhindern? Und wie kann man andererseits therapieren, wenn es schon passiert ist? Da wird sich noch sehr viel ergeben. Ich bin da sehr optimistisch. Und auch die Behandlung von pathologischem Verhalten durch gezielte Eingriffe könnte möglich werden, wenn wir die entsprechenden Mechanismen im Gehirn verstehen.

Die Welt: Denken Sie, dass wir irgendwann einmal das Gehirn in seiner Funktionalität so gut verstehen werden, dass man es komplett von einem Computer simulieren kann?

Gruss: Ich bin davon überzeugt, dass das nicht gehen wird. Doch einzelne Aspekte wird man sicher übertragen können. So wird beispielsweise daran gearbeitet, die Art und Weise, wie das Gehirn lernt, auf Computer zu übertragen. Auch andere Teile der Gehirnleistung werden gewiss von Maschinen übernommen werden können. Die können uns dann als Assistenzsysteme zur Seite stehen.

Die Welt: Wir bekommen also einen Chip in das Gehirn implantiert, der dann als Leistungsverstärker agiert?

Gruss: Ich bin da eher ein Freund von Assistenzsystemen, die sich außerhalb des menschlichen Körpers befinden.

Die Welt: Es gibt eine lange wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen der Max-Planck-Gesellschaft und Forschungsinstituten in Israel. Wie kam es zu dieser intensiven Kooperation?

Gruss: Die Zusammenarbeit geht letztlich auf einen Israel-Besuch des Max-Planck-Präsidenten Otto Hahn in den 1950er Jahren zurück. Das war damals politisch ein mutiger Schritt, der sich ausgezahlt hat. Die gemeinschaftliche wissenschaftliche Erkenntnisfindung ist seit Jahrzehnten überaus erfolgreich. Wir haben mit dem Weizmann Institut auf vielen Ebenen eine hervorragende Kooperation. Dort gibt es etwa ein Max Planck-Weizmann Center for integrative Archaeology and Anthropology. Und der Präsident des Weizmann Instituts, Daniel Zajfman, sitzt im Senat der Max-Planck-Gesellschaft.

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