: DenrichtigenNervtreffen
Wie das Gedächtnis Erinnerungen speichert und abruft, ist bis heute ein Mysterium. Nun blickt neueste Forschung in die Tiefen des Gehirns. Können wir irgendwann darüber entscheiden, was wir erinnern?
Aus Bonn Philipp Brandstädter (Text und Foto)
Es beginnt mit einem Kribbeln im Bauch, das langsam hinaufkriecht in den Kopf. Es macht die Lippen und die Zunge taub, steigt die Nase hinauf und dringt schließlich zwischen den Augen tief hinein in den Schädel. „Dann fühlt es sich an, als würde ich einen Schritt von der echten Welt wegrücken“, sagt Mejreme. „Meine Augen verlieren den Fokus und drehen sich weg. Meine Beine krampfen und zucken. Ich habe keine Kontrolle über meinen Körper. Wenn es endlich vorbei ist, bin ich müde und verwirrt – und irgendwie auch beschämt, weil ich mich nicht erinnern kann, was passiert ist.“
Wenn Mejreme von ihrem Empfinden und ihren Erfahrungen als Epileptikerin erzählt, möchte sie das lieber nur mit ihrem Vornamen tun. Trotz der Anfälle arbeitete sie zunächst weiter als Bankangestellte, das Kribbeln und das Zucken war selten und dauerte nur ein paar Sekunden. Der Alltag funktionierte noch. Doch als ihre Töchter auf die Welt kamen, wurden die epileptischen Anfälle häufiger und stärker. „Meine große Tochter ist fünf, die nimmt das ganz cool, sie kennt Mama nicht anders“, sagt Mejreme. „Sie hält meine Hand, passt auf mich auf und erzählt mir später, was geschehen ist. Aber die Kleine, sie ist jetzt drei, die bekommt Panik und rennt vor mir davon. Als würde sie ihre Mutter nicht wiedererkennen. Das geht so nicht weiter.“
Mejreme hat sich in mehreren Spezialkliniken untersuchen und medikamentös einstellen lassen, zuletzt schluckte sie vier Pillen am Tag. Die Anfälle aber hörten nicht auf. Unter den Krämpfen leidet auch das Gedächtnis, Erinnerungen gehen verloren. „Irgendwann hatte ich richtig Angst, dass ich mich nach einem Anfall nicht mehr an einen geliebten Menschen erinnern kann“, sagt Mejreme.
Deswegen ist sie nun in der Epilepsie-Klinik in Bonn. Dort unterzieht sich die 33-Jährige einer brachial anmutenden Therapie. Eine Hirnoperation ermöglicht der Forschung, was aus technischen und vor allem ethischen Gründen zuvor unvorstellbar schien: den messbaren Einblick in ein lebendiges, menschliches Gehirn und die Funktionsweisen des Gedächtnisses.
Diese Erkenntnisse sind nicht nur für Epilepsie-Betroffene wertvoll. Mit ihnen könnten Forschende besser verstehen, wie unser Gehirn Erinnerungen speichert und wieder abruft. Und vielleicht eines Tages sogar: die Fehler, die beim Speichern entstehen, beheben.
Mejreme leidet unter dem Verlust von Erinnerungen, den ihre Anfälle verschulden. Aber auch das gesunde Gehirn vergisst ständig. Es filtert, es versteckt, es sortiert aus. Es behält, was neu, lustig, schlimm oder emotional aufgeladen ist. Es verwirft, was beim Erleben langweilig scheint, und manchmal unterdrückt es auch die Erfahrungen, die traumatisch waren.
Doch wenn wir unsere verzerrten Erinnerungen ins Gedächtnis rufen, tun wir das mit absoluter Gewissheit. Voller Überzeugung erzählen wir die Märchen, die unser Gehirn erfunden hat, und erwarten, dass die Geschichten der Realität anderer entsprechen.
Natürlich führt das ständig zu schrecklichen Missverständnissen, falschen Urteilen, Streit und Ungerechtigkeit. Dass wir in den letzten Jahrzehnten die Unzuverlässigkeit unseres Erinnerns besser verstanden haben, hat zum Beispiel den Umgang mit Zeugenschaft vor Gericht verändert.
Katrin Amunts, Neurowissenschaftlerin
Was wäre, wenn wir darüber entscheiden könnten, woran wir uns erinnern und woran nicht? Die Urlaubserinnerungen, Spanischvokabeln und alle schlauen Bücher: abspeichern. Den ganzen Groll, die Werbe-Jingles und alle erlebten Peinlichkeiten: weg damit. Könnten wir uns mit mehr Wissen über unser Gehirn dann auch besser therapieren oder gar optimieren?
Florian Mormann steht mit blauem Arztkittel, Latexhandschuhen und Mundschutz in einem OP-Saal der Bonner Uni-Klinik und kürzt mit seinem Skalpell ein haardünnes Kabel. „Lange Zeit konnte man die Neurone nicht invasiv messen, höchstens an einzelnen Zellen oder im Tierversuch“, erklärt der Hirnforscher. „Doch hier haben wir eine besondere Gelegenheit.“ Mormann löst die Isolierung an der Spitze des Kabels, sodass nun winzige Mikrodrähte zum Vorschein kommen. Mehrere dieser mit Elektroden versehenen Kabel werden sich gleich ihren Weg in das Gehirn eines lebenden Menschen bahnen: zum Hippocampus, der beim Speichern und Abrufen von Erinnerungen und unserem Sprachverständnis eine große Rolle spielt; zum Frontallappen, mit dem wir kontrollieren, koordinieren und urteilen; zur Amygdala, einer Kernregion des Gehirns, die mitunter emotionale und soziale Informationen verarbeitet.
Etwa bei der Hälfte der unter Epilepsie leidenden Menschen entstehen die Anfälle an derselben Stelle im Gehirn. Lokalisieren die Ärzte diesen Ort, kann das epileptische Gewebe entfernt oder verödet werden, sodass es keine Anfälle mehr auslösen kann. Dafür muss die Stelle aber erst gefunden werden – hierzu werden mehrere Elektroden über in den Kopf gebohrte Löcher direkt ins Gehirn platziert.
Auf dem OP-Tisch liegt ein Patient im Narkoseschlaf, sein Kopf ist rasiert. Das EKG piepst gleichmäßig, zwei Anästhesisten überwachen die Monitore. Im Scheinwerferlicht justiert sich ein Roboterarm anhand seiner Kamera und vorausgegangener Scans. Neurochirurg Valeri Borger setzt eine Markierung auf der Schläfe. Dann spannt er die Bohrmaschine in die Halterung des Roboterarms. Es surrt, es raucht ein bisschen, schon ist der Schädelknochen durchbohrt. Loch 1 von 18.
Florian Mormann reicht seinem Kollegen einen Draht. Bis zu vier Zentimeter tief wird der ins Gehirn gefädelt und schließlich mit einer Schraube fixiert. Die zieht Florian Mormann selbst fest. Er will sicher gehen, dass das Kabel bleibt, wo es ist, und ein paar seiner Mikrodrähte auf einem passenden Neuron sitzen, um zuverlässig Daten zu liefern.
Es ist Mormanns 118. OP. Seine Forschung begann vor 15 Jahren. Fast zeitgleich fingen die Bonner Epileptologie und über 100 weitere europäische Forschungseinrichtungen damit an, das Computermodell eines menschlichen Gehirns zu erstellen, um mit dieser Simulation das gesamte Wissen aus der Neuroforschung zusammenzufassen. Als ein Teil der Forschung entstand ein dreidimensionaler Atlas, den jeder online erkunden kann. In ihm stecken die Daten aus Studien, in denen Gehirne in hauchdünne Scheiben geschnitten wurden, um ihre Struktur zu durchschauen. Studien, für die Nervenzellen mit ihren Fortsätzen, den Axonen, eingefärbt wurden, um die Hirnareale einzugrenzen. Daten von lebendigen Gehirnen aus Kernspintomografen, also MRTs.
Die Medizinerin und Neurowissenschaftlerin Katrin Amunts leitete das sogenannte Human Brain Project bis zu seiner Fertigstellung. „Mit dem Modell ist eine Art digitale Landkarte entstanden“, erklärt die Forscherin. „Man kann bis zur Zellebene hineinzoomen und sich unterschiedliche Level anschauen: die Hirnareale, die Faserbahnen, die molekularen Strukturen und so weiter. Die Komplexität des neuronalen Netzwerks ist einfach unglaublich.“
Heute wissen wir: Ein einzelnes Neuron ist gerade mal 0,01 bis 0,1 Millimeter groß. Durch seine Verästelungen, die Dendriten und das Axon, kann es sich mit zehntausend anderen Zellen verbinden. „Durch diese Verknüpfungen und auch Rückkopplungen entsteht ein komplizierter Austausch an Informationen“, beschreibt Katrin Amunts. Auch unsere Erinnerungen entstehen, weil ein Teil unserer 86 Milliarden Nervenzellen im Gehirn miteinander funkt.
Wenn wir etwas erleben oder erfahren, bilden die Zellen neue Verbindungen. Werden diese öfter genutzt, wachsen sie und verstärken sich vom neuronalen Trampelpfad zur neuronalen Autobahn. Dadurch sind uns manche Verbindungen bewusster, andere bleiben im Datenwust verborgen. So speichert unser Gehirn nicht alles Wahrgenommene.
„Ich muss mich nicht mehr an die Zimmernummer des Hotels erinnern, in dem ich vor zehn Jahren übernachtet habe“, erklärt Katrin Amunts. „Es ist sinnvoll, Unnötiges zu vergessen. Die Muttersprache etwa vergisst ein funktionierendes Gehirn aber nicht. Wahrscheinlich, weil sich die dafür verantwortlichen Nervenzellen verstärken, indem sie immer wieder beansprucht werden.“ Diese neuronale Funktion besser zu begreifen, würde uns helfen zu verstehen, wie und warum wir vergessen, insbesondere dann, wenn wir nicht vergessen wollen. Es könnte uns helfen, Demenz und Alzheimer zu behandeln oder ein Trauma aufzuarbeiten, indem wir bestimmte Erinnerungen zurückholen oder vergessen.
Was Florian Mormann und sein Team an dem riesigen Netzwerk in unserem Kopf besonders interessiert, ist das Konzeptneuron. Es wurde vor 20 Jahren entdeckt. Es ist in der Lage, gezielt Konzepte unseres Erlebens zu verarbeiten: die Erinnerung an gelerntes Wissen, an eine Reise oder eine bestimmte Person zum Beispiel. Lange Zeit belächelten Forschende die Idee, das Gehirn würde so präzise und wählerisch Erinnerungen in einer Zelle speichern. Doch dann reagierte eine Nervenzelle bei einem Test mit Bilderfolgen ausschließlich auf Fotos von Jennifer Aniston. Ein anderes Neuron feuerte nur beim Anblick von Fotos von Halle Berry und sogar auf ihren geschriebenen Namen. Auf andere Bilder oder Schriftzüge reagierten sie nicht.
Es gibt also Neurone, die ihre Aktivität einem einzelnen Konzept wie einer Schauspielerin widmen und Erinnerungen an sie abrufen und neue Erlebnisse mit ihnen einspeichern können. Ebenso haben einzelne Konzeptneurone die eigene Großmutter, die Lieblingspizza oder den Urlaub an der Ostsee abgespeichert. In den vergangenen Jahren entdeckten Hirnforschende Konzeptneurone, die explizit auf den Duft von Bananen reagierten, nicht aber auf den Duft von Erdbeeren. Diese Neurone spielen eine wesentliche Rolle, um sich vielschichtige Erinnerungen zu merken; nicht vereinzelte Bilder, sondern komplexe Ideen.
„Wenn ich ein Konzert besuche und dort zufällig eine alte Freundin treffe, muss ich die Erinnerung an eine bekannte Person mit unterschiedlichen Orten und Zeiten kombinieren“, erklärt Florian Mormann. „Das heißt, mehrere Konzeptneurone müssen unabhängig voneinander aktiviert werden können. Sie haben unterschiedlich scharf umschriebene Teilrepräsentationen gespeichert, die erst durch ihr Zusammenwirken einen Sinn ergeben.“
Um zu verstehen, wie genau wir erinnern und vergessen, müssen Forschende einzelne Zellen unter den vielen Milliarden Neuronen aufspüren. Klassischer Fall von Nadel im Heuhaufen also. Zusätzlich versteckt sich der Haufen hinter einer Wand, der Schädeldecke. Mit nichtinvasiven Methoden lässt sie die Hirnaktivität längst nicht so isoliert messen wie nötig. Die Epilepsie-Klinik in Bonn jedoch bietet Florian Mormann genau diese Gelegenheit: Dort kommen Menschen hin, die sich freiwillig den Kopf durchlöchern lassen.
Mejreme hat genau das getan. Knapp zwei Wochen liegt sie bereits in Bonn in einem Zimmer, wo sie rund um die Uhr überwacht und dies mit Bild und Ton aufgezeichnet wird. Auf ihrem Kopf trägt sie einen weißen Turban, aus dem ein Kabelbündel ragt, das mit etlichen weiteren Drähten und Schaltungen an einem Computer angeschlossen ist. Mejremes Medikamente werden reduziert. Um Anfälle zu provozieren, die dann von den Elektroden in ihrem Kopf gemessen und lokalisiert werden können. Bis dahin ist Zeit genug für Grundlagenforschung.
Auf einem Laptop läuft eine Bilderfolge über den Monitor: die Pyramiden von Gizeh, ein Vereinslogo, Donald Duck, auch persönliche Fotos aus der Kindheit, von Freunden oder Erinnerungen sind dabei. Florian Mormann hat einen zweiten Bildschirm im Blick, der die aufgezeichneten Hirnströme durch Dutzende bunter Linien anzeigt. Aus einem Lautsprecher sind die feuernden Neurone zu hören. Der Forscher wartet auf ein Zeichen. Unter den Hunderten Bildern könnte eines sein, das ein isoliertes Signal auslöst: die Amplitude einer Konzeptzelle.
Wo ist es, das Jennifer-Aniston-Neuron, das Großmutter-Neuron oder vielleicht wieder das Harry-Potter-Neuron? Bei einer von Mormanns Testreihen schlich sich einmal ein Fehler ein: Das Potter-Neuron war gefunden, also sollte der Zauberschüler in einer Bildfolge gezeigt werden, um die Nervenzelle feuern zu lassen. Stattdessen aber tauchte das Foto von Potters Freund Ron Weasley auf. Und das Neuron: Es feuerte trotzdem. „Wir haben dadurch herausgefunden, dass es eine semantische Breite gibt, auf die die Nervenzellen reagieren“, sagt Mormann. „Jedes Neuron reagiert auf paar Dutzend Stimuli, die nicht zufällig sind, sondern sich auf ein rezeptives Feld im semantischen Raum beziehen.“
Die Konzeptzellen sind also in einen breiteren Kontext eingebettet. So könnte ein Frankreich-Neuron zum Beispiel auf den Eiffelturm reagieren oder die Marseillaise. Oder das Großmutter-Neuron auf den Duft von Kölnisch Wasser oder einen Korb bunter Wollknäuel und Stricknadeln. „Wir konnten Neurone identifizieren, die mit Konzeptneuronen zusammenwirken, indem sie Kontexte verarbeiten“, so der Forscher. „Durch sie wissen wir, wann, wo und unter welchen Umständen wir etwas erlebt haben.“
Tiere können das offenbar nicht. Das jedenfalls zeigt so weit die Forschung. Einer Ratte etwa scheinen die Kontextneurone im Gehirn zu fehlen. Ohne die kann sie nicht abstrakt denken. Sie kann zwar Erinnerungen wie etwa eine Gefahr oder eine Belohnung abrufen, nicht aber den Gedanken an einen gestorbenen Artgenossen oder was sie an einem bestimmten Ort erlebt hat. Elefanten, Wale, Primaten hingegen trauern und gedenken sehr wohl. Möglicherweise verfügen sie über Neurone, die andere Tiere nicht haben.
Aber selbst wenn nur das menschliche Gedächtnis entschlüsselt und dann sogar beeinflussbar wäre, stellt sich immer noch die Frage, ob wir das überhaupt wollten. Gezieltes Erinnern und Vergessen in der Medizin helfen. So könnten winzige Drähte im Gehirn herkömmliche Psychopharmaka und Gesprächstherapien ergänzen. Aber kontrollierte Erinnerung, das klingt auch nach einem Horrorszenario.
So leicht ist es sowieso nicht. Zwar speichert unser Gedächtnis Wissen an konkreten Orten ab, aber unser Gehirn funktioniert nicht wie eine Festplatte. Es ist beides: lokaler Speicher und vernetzte Datencloud. Die Forschung geht davon aus, dass eine Nervenzelle mit einem ähnlich abgespeicherten Konzept bis zu zwei Millionen Mal vorhanden sein könnte. Würde man das Abrufen und Speichern einer Erinnerung manipulieren wollen, müsste man das nicht nur mit einer Zelle tun, sondern mit vielen.
„Außerdem sind wir zwar dem Ablauf nahegekommen, wie wir Erinnerungen speichern“, ergänzt Katrin Amunts. „Wie wir sie aber abrufen, ist noch lange nicht so gut verstanden. Der Zugriff auf den Speicher ist noch schwerer zu erforschen.“ Immerhin wissen wir, wo wir suchen müssen: Das Lernen und Einprägen geschieht im Hippocampus. Das zeige die Forschung an Alzheimerpatienten, bei denen dieses Hirnareal besonders früh geschädigt ist.
Im Film „Vergissmeinnicht“ lassen sich die herzgebrochenen Hauptfiguren all ihre Erinnerungen aneinander von einem verrückten Hirnforscher löschen. Aber selbst in der Utopie schlägt die Behandlung fehl. Im Film ist der Grund natürlich der, dass die Liebe stärker ist und unkaputtbar. Doch wahrscheinlich hat der verrückte Forscher beim Festplattenformatieren nur ein paar Konzeptzellen übersehen.
„Gute Nachrichten: Die Patientin hatte Heteropien um die Hirnventrikel herum“, sagt der Arzt Florian Mormann. „Wir konnten die Läsionen in einer bestimmten Region lokalisieren, sodass wir sie mit einer Radiofrequenz-Thermokoagulation behandeln können.“ Soll heißen: Das Ärzteteam in Bonn hat mehrere Anfälle bei Mejreme gemessen. Sie kamen alle aus derselben Hirnregion. So können die dort liegenden Elektroden in Mejremes Kopf genutzt werden, um das betroffene Gewebe ganz punktuell durch einen Stromimpuls zu veröden. Oder wie man flapsig in der Epilepsie-Klinik sagt: Wir haben die böse Stelle aufgespießt. Jetzt wird gegrillt!
Mejreme ist während der Behandlung wach und bei vollem Bewusstsein. Sie liegt aufrecht auf einer hochgeklappten Liege, umgeben von Chefchirurg Valerie Borger und seinen Kollegen. Aus dem Aufnahmezimmer werden Koordinaten durchgegeben: erst die Elektrode D 7 und 8, dann E 7 und 8, später noch F 5 und 6. Die Drähte werden heiß. Es ploppt. Es zischt. Wie ein Spiegelei in der Pfanne. Mejreme verzieht keine Miene.
Dann kommen endlich die Kabel raus. Schrauben werden gelöst, Schorf wird abgewischt, die kleinen Wunden desinfiziert und der Kopf noch ein letztes Mal verbunden. Mejreme tastet nach ihrem Smartphone, es liegt neben einem Teddy am Fußende. Sie schreibt ihrer Mutter, dann ihrem Mann. Es ist geschafft. Ab jetzt hört alles auf. Mejreme weint vor Erleichterung. Hoffentlich nie wieder Anfälle. Hoffentlich nie mehr ohne Erinnerungen zu sich kommen.
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