THEMEN DER ZEIT

Neurobildgebung: Die Entzifferung des Gehirns

Dtsch Arztebl 2014; 111(1-2): A-16 / B-13

Krüger-Brand, Heike E.

Die Fortschritte der Bildgebung in den Neurowissenschaften treiben die Hirnforschung voran. Der Deutsche Ethikrat befasste sich mit der Frage, inwiefern Bilder vom Gehirn unser Menschenbild beeinflussen.

Kommt es zu einer Zerebralisierung unseres Menschenbildes? Mit dieser Frage befasste sich der Deutsche Ethikrat. Abbildung: Deutscher Ethikrat

Bewusstsein aus dem Rechner“, „Baukasten Gehirn“, „Die Hirningenieure“ – mit Überschriften wie diesen ist die Hirnforschung derzeit in den Medien präsent. Nach der Dekodierung des menschlichen Genoms steht weltweit ein neues Projekt im Zentrum: die Erforschung des menschlichen Gehirns. Gleich zwei ambitionierte Projekte in Europa und in den USA befassen sich damit (Kasten). Die Fortschritte vor allem in der medizinischen Bildgebung, etwa durch die funktionelle Kernspintomographie (fMRT), und in der Computertechnik ermöglichen neue Erkenntnisse, die – so scheint es – auch unser Menschenbild verändern könnten.

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Was lässt sich mittels Neurobildgebung über die Persönlichkeit eines Menschen, sein Erleben und sein Verhalten erfahren? Ist Neurobildgebung bei der Diagnose von psychischen Erkrankungen und bei der Beurteilung von Straftätern hilfreich? Fragen wie diese standen im Mittelpunkt der Herbsttagung des Deutschen Ethikrates Ende 2013 in Düsseldorf. „Was uns dabei besonders interessiert, ist die Frage, was die neuen Bilder vom Gehirn mit unserem Selbstverständnis zu tun haben“, erläuterte Prof. Dr. med. Christiane Woopen, die Vorsitzende des Deutschen Ethikrates, zur Eröffnung der Tagung. Dem Gehirn werde eine große Erklärungskraft zugesprochen. „Kommt es zu einer Zerebralisierung unseres Menschenbildes, und was hätte dies für Folgen?“

Zu verstehen, wie circa 86 Milliarden Nervenzellen mit ihren Verschaltungen zusammenwirken, gilt als große Herausforderung für die Grundlagenforschung. Zur Lokalisation von Hirnaktivierungen reicht die Auflösung der MRT-Bilder derzeit nicht aus. Zusätzliche Informationen bieten computerbasierte Hirnkarten, die auf der Analyse mikrostrukturell erfassbarer Regionen in Gewebeschnitten beruhen.

Kombination der Verfahren

Mit der Überlagerung von hochauflösenden anatomischen und von dynamisch-funktionellen Informationen seien heute Aussagen darüber möglich, in welche kognitive Aufgaben bestimmte Hirnareale involviert sind, erläuterte Prof. Dr. med. Katrin Amunts, Forschungszentrum Jülich. Dennoch: „Das Gehirn ist nicht statisch, es verändert sich während der Lebenszeit, und es interagiert auf sehr komplexe Weise mit externen und internen Faktoren. Dieses Wechselspiel ist uns bis jetzt nur im ersten Ansatz bekannt“, meinte die Forscherin. Um das Zusammenspiel etwa von genetischen Faktoren, Umweltbedingungen und sozialen Faktoren zu erfassen, ebenso um „schwache Faktoren“ zu identifizieren, die zu interindividuellen Unterschieden in der Hirnorganisation im Verlauf eines Lebens führen, brauche man Kohortenstudien.

„Der Mensch sieht, denkt, fühlt, und nicht das Gehirn, die Seele, nicht der Geist oder das Bewusstsein“, betonte Prof. Dr. med. Thomas Fuchs, Universitätsklinikum Heidelberg. „Bewusstes Erleben ist die Beziehung eines Lebewesens zu seiner Umwelt, gebunden an den gesamten Organismus. Das Gehirn ist das Organ, das diese Beziehung vermittelt.“ Die „Gehirnzentrierung“ der Neurowissenschaften vernachlässige die Wechselbeziehungen zwischen Gehirn, Körper und Umwelt, warnte Fuchs.

In den Vorträgen und Diskussionen wurde deutlich, dass die Neurobildgebung inzwischen wichtige Ergebnisse zu jenen Vorgängen im menschlichen Gehirn liefert, die mit emotionalen und kognitiven Funktionen einhergehen. „Jede Form von Expertise hinterlässt Besonderheiten in Neuroanatomie und Neurophysiologie“, erklärte Prof. Dr. Lutz Jäncke, Universität Zürich. „Die Gehirne etwa von Streichern, Pianisten oder Tänzern lassen sich unterscheiden.“ Die Vielzahl von Daten, die durch die Bildgebung gewonnen wird, müsste jedoch in einen Zusammenhang gebracht werden. „Das geht nur über theoretische Modellierungen“, meinte Jäncke. Wichtig dabei ist nach Meinung der Experten die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Psychologie, Neurobiologie, Mathematik, Psychiatrie, Neurobiologie, Philosophie und anderen Disziplinen.

Ethischer Rahmen notwendig

In der Psychiatrie werden bildgebende Verfahren bereits eingesetzt, um Tumoren, Blutungen, Entzündungen und vaskuläre Schäden auszuschließen oder auch um neurodegenerative Erkrankungen zu erkennen. Künftig könnten sie auch einen wichtigen Stellenwert in der Diagnostik, Therapieplanung und Prognostik psychischer Erkrankungen, etwa bei Psychosen, einnehmen, meinte unter anderem Prof. Dr. med. Peter Gaston Falkai vom Universitätsklinikum München. Für derartige Verfahren müsse jedoch ein ethischer Rahmen geschaffen werden, um vor allem mit prädiktiven Aussagen verantwortungsvoll umgehen zu können. Das betrifft ebenso den Umgang mit sogenannten Zufallsfunden im Rahmen von Studien an gesunden Probanden.

Die ethische Problematik einer prognostischen Bildgebung erörterte Prof. Dr. med. Alexander Drzezga, Universität Köln, anhand der Alzheimer-Demenz. Als Nachweis dieser Erkrankung in der Neuropathologie gelten vor allem Amyloid-Plaques. Neue Methoden der Bildgebung ermöglichen „eine Art In-vivo-Histopathologie beim lebenden Menschen“. Für den nichtinvasiven Nachweis dieser molekularen Veränderungen im Gehirn werden dem Patienten leicht radioaktiv markierte „Spürsubstanzen“ injiziert, die an die Amyloid-Ablagerungen binden. Mittels Positronen-emissionstomographie (PET) lassen sich anschließend die Menge und das Verteilungsmuster dieser „Tracer“ bildlich darstellen. Das Problem: „Pathologische Veränderungen finden im Gehirn Jahre bis Jahrzehnte statt, ehe eine Symptomatik auftritt“, erläuterte Drzezga.

Studien zufolge sind die Amyloid-Plaques zudem bei circa 25 bis 30 Prozent der geistig gesunden Personen über 60 Jahre nachweisbar. Die Einordnung dieses Befundes sei schwierig: „Ist das ein Zufallsbefund, oder ist das prädiktiv?“ Eine Reihe von Studien lasse den Schluss zu, dass diese Personen ein erhöhtes Risiko haben, eine Alzheimer-Demenz zu entwickeln. Unklar ist jedoch, wie lange es dauert, bis die Erkrankung manifest wird.

Gleichzeitig gilt, dass ein positiver Amyloid-Scan nicht mit der Diagnose Alzheimer-Demenz gleichzusetzen ist, sondern nur eine per Biomarker molekular erfasste Pathologie darstellt, die möglicherweise kausal mit der Entstehung der Krankheit assoziiert ist. Den Chancen einer sehr frühen Diagnose stehen damit Risiken wie die eingeschränkten therapeutischen Optionen, die psychische Belastung der betroffenen Personen und viele Missbrauchsmöglichkeiten gegenüber.

Vor diesem Hintergrund empfiehlt Drzezga, dass Anwendungen der Amyloid-PET-Bildgebung als „prognostisches Instrument“ sehr reglementiert und die Indikation klar umgrenzt sein müssen. „Ein Screening außerhalb klinischer Studien ist sicherlich nicht sinnvoll.“ Die sorgfältige Aufklärung und Begleitung Amyloid-positiver Personen seien zudem wichtig.

Dass die Neurobildgebung, und hier vor allem funktionelle Verfahren wie EEG, PET und fMRT, in strafrechtliche Verfahren Eingang finden wird – etwa zur Lügendetektion, zur Feststellung der Schuldfähigkeit oder mit Blick auf eine Sicherungsverwahrung für eine Gefährlichkeitsprognose von Straftätern – zeichnet sich nach Meinung von Prof. Dr. Reinhard Merkel, Universität Hamburg, bereits ab. Aber: „Diese Verfahren ermöglichen nicht etwa eine direkte Beobachtung von Gehirnaktivität. Vielmehr generieren sie große Datenmengen, die über komplizierte Berechnungen Rückschlüsse auf bestimmte neurophysiologische Vorgänge ermöglichen und von diesen Vorgängen auf die damit korrelierten mentalen Prozesse“, führte Merkel aus.

Kein Schuldnachweis

Aus Sicht der Anklage sind diese Verfahren heute daher noch kein geeignetes Mittel für den Schuldnachweis, denn die individuelle Schuld des Angeklagten ist damit nicht beweisbar. Ferner gilt: „Infrage kommen Neuroimaging-Untersuchungen nur an solchen Prozessbeteiligten, die nach vorheriger Aufklärung ohne Nötigungsdruck in den Test eingewilligt haben“, erklärte Merkel. Keines dieser Verfahren funktioniere derzeit nämlich ohne Kooperation des Probanden. Der Rechtsexperte sieht drei notwendige Bedingungen für eine künftige Anwendung von Neuroimaging in Strafverfahren: Es muss klargestellt werden, dass den Resultaten dieser Verfahren für den individuellen Fall nur ein geringer indizieller Beweiswert zukommt. Darüber muss der neurowissenschaftliche Gutachter den Richter aufklären. Zudem dürfen nur qualifizierte Gutachter die im Verfahren gewünschten Tests durchführen.

In Maßregelverfahren hingegen, und hier vor allem in der Sicherungsverwahrung, stehen laut Merkel die Methoden der Neurobildgebung unmittelbar vor ihrer Einführung. Denn für die Prognose der künftigen Gefährlichkeit eines Häftlings sei der Staat verpflichtet, alle verfügbaren Erkenntnismöglichkeiten auszuschöpfen. Derzeit werden psychiatrische Gutachten hierfür eingeholt, die fehleranfällig sind. Mit Blick auf einzelne mögliche Dispositionen zu deliktischem Verhalten, etwa Pädophilie oder kriminelle Psychopathie, werden Neuroimaging-Verfahren schon in näherer Zukunft einsetzbar sein, meinte Merkel. „Sie können das klassisch-psychiatrische Gutachten auf absehbare Zeit zwar nicht ersetzen, aber sie sollten es nach Möglichkeit ergänzen“, empfahl er.

Generell waren sich die Experten einig darüber, dass die bildgebenden Verfahren zu Erkenntnissen und Eingriffsmöglichkeiten führen können, die die Wissenschaften und die Gesellschaft dringend überdenken müssen. Gleichzeitig wurden auch Warnungen vor der Überschätzung solcher Verfahren und vor einer Naturalisierung unzureichend verstandener komplexer Zusammenhänge laut. Denn um die Hirnorganisation mit einem konkreten Verhalten oder einer Erkrankung in Verbindung zu bringen, muss immer auch die kulturelle, gesellschaftliche und ethische Dimension berücksichtigt werden.

Heike E. Krüger-Brand

Big Science-Projekte zum Gehirn

  • Anfang 2013 hat die Europäische Union das Human Brain Project (www.humanbrainproject.eu) gestartet mit dem Ziel, das gesamte Wissen über das menschliche Gehirn, dessen Funktionsbereiche und -prinzipien zu bündeln und mit computerbasierten Modellen virtuell nachzubilden. Die Kosten der auf zehn Jahre angelegten Flaggschiff-Initiative werden mit etwa 1,19 Milliarden Euro veranschlagt. Das von Prof. Henry Markram von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne konzipierte und gemeinsam mit Prof. Dr. Karlheinz Meier von der Universität Heidelberg koordinierte Projekt soll Erkenntnisse zum menschlichen Gehirn und seinen Erkrankungen ermöglichen.

Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit dem Forschungszentrum Jülich an dem Projekt beteiligt. Dort entwickeln etwa Wissenschaftler um Prof. Dr. med. Karin Amunts ein dreidimensionales Modell des menschlichen Gehirns auf der Grundlage von zyto- und rezeptorarchitektonischen, genetischen und funktionellen Daten und erstellen Karten zu den Verbindungen verschiedener Hirnregionen (www.fz-juelich.de/inm/inm-1/DE/Home/home_node.html). Weitere Projektpartner aus Deutschland sind unter anderem das Karlsruher Institut für Technologie und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

  • In den USA hat mit der Brain Initiative fast zeitgleich ein ähnliches Vorhaben begonnen, das ebenfalls über mindestens eine Dekade laufen soll (www.nih.gov/science/brain). Die finanzielle Ausstattung des von den National Institutes of Health koordinierten Projekts ist noch unklar, im Gespräch sind etwa drei Milliarden US-Dollar. Für 2014 sollen zunächst 100 Millionen US-Dollar in das Projekt fließen. Hinzu kommen Mittel aus privaten Instituten. Ziel ist es, eine Landkarte aller Aktivitäten im menschlichen Gehirn zu erstellen und die Aktivität der Nervenzellen in Echtzeit zu beobachten.

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