Brain on Fire war ein Buch, das ich unmittelbar vor meinem Abflug zum British Science Festival gelesen hatte. Thema ist das Gehirn, seine Möglichkeiten und die Gefahren an einem realen Menschen. In Feuer im Kopf (so der dämliche deutsche Titel) beschreibt die New Yorker Erfolgsjournalistin Susannah Cahalan ihre Wochen in geistiger Umnachtung.

Das Buch ist ein Pageturner, weil es exzellent geschrieben, recherchiert und brutal real ist. Der Horror entsteht durch die entwaffnende offene Erzählweise der Autorin. Es enthält zudem viele wissenschaftliche Fakten zur Gehirnforschung, die vor ihrem Fall auch in wissenschaftlichen Fachkreisen nicht bekannt waren. (Und siehe weiter unten, auch heute vielfach noch nicht sind)

Aber es ist auch ein Roman über eine erfolgreiche Frau, die nicht aufgibt, ein Stück gelebte Zeitgeschichte in der Neurologie und eine Liebesgeschichte.

Cahalan beschreibt ihr Leben. Das einer erfolgreichen, jungen, bildhübschen Journalistin, die bereits mit 24 Jahren eine der angesehensten investigativen Reporterinnen der ältesten Zeitung in New Yorks ist, der New York Post. Und ihr abruptes Abkehren von all diesen Eigenschaften zu „einer Susannah, die nicht ich bin“: unzuverlässig, mit schlechtem, rücksichtslosem Benehmen, vernachlässigtem Aussehen und mit unberechenbaren Anfällen, Krampfanfällen (Seizures), die über die Wochen hin zunehmen. Ihr komplett verändertes Verhalten wird schon bald von einigen hoch angesehen Doktoren begutachtet – auch von neurologischen Spezialisten.

Sie wird als Alkoholikerin beschimpft, Autismus ist eine andere falsche Diagnose, Genetischer Defekt, Bipolar, Schizoaffektive Störung, Epilepsie… der ganze Bogen, je nach dem Fachgebiet des behandelnden Arztes – während sich ihr Gesundheits- und Geisteszustand zunehmend verschlechtert.

Alle Untersuchungen (MRI, EEG, Blut, CT-Scan) zeigen keine Krankheitsursache – sie sei komplett gesund; auch das wird ihr mehr als einmal versichert. Erst, wie sich später herausstellt, kurz vor knapp gerät sie an einen Arzt, der sich mit einer Autoimmunerkrankung des Gehirns beschäftigt und sie daraufhin untersucht und heilt.

In 2009 war ihr Monat der Verrücktheit (Zitat Cahalan). So lang ist das noch nicht her. Bis zu ihrem Fall gab es nur 217 Patienten weltweit, bei denen eine Autoimmunerkrankung des Gehirns korrekt als Ursache für eine komplett veränderte Persönlichkeit festgestellt worden war. Ein Jahr später waren es bereits doppelt so viele und 2012 nach Erscheinen des Buches mehr als 1000 Betroffene.

Auch bei Cahalans Recherchen nach ihrer Genesung haben etliche der honorigen Fachärzte, die sie falsch diagnostiziert hatten, noch immer keinen blassen Schimmer von Autoimmunerkrankungen des Gehirns – obwohl der Fall in praktisch jeder bedeutenden Fachzeitschrift, so auch dem New England Journal of Medicine oder der New York Times durchdekliniert worden war.

Eine Brain Biopsie (Entnahme von Gehirngewebe eines lebenden Menschen) war bis 2009 an weniger als 10 Menschen weltweit durchgeführt worden. Geschätzte 90 Prozent der wie sie Erkrankten wurden noch falsch diagnostiziert. Den meisten Neurologen und Fachärzten war nicht bekannt oder bewusst, dass auch ein Gehirn sich selbst attackieren kann, wie der Rest des Körpers. Selbst heute, wenige Jahre später, liegt die Sterblichkeitsrate bei Autoimmunerkrankungen des Gehirns noch immer bei 7 Prozent. Die Ursache der Krankheit ist bis heute nicht erforscht.

Durch ihre Geschichte – zunächst als vielbeachteter Artikel in der New York Post und dann als Bestsellerbuch – hat Susannah Cahalan eine Revolution eingeleitet: Viele Menschen wurden seither gerettet, einige sprichwörtlich durch gerade noch rechtzeitige Behandlung, weil die behandelnden Ärzte selbst zwar nichts von dieser Gehirnkrankheit wussten, aber Angehörige den Zeitungsartikel gelesen hatten und auf einer Untersuchung auf Autoimmunerkrankung bestanden hatten – gerettet vor dem Tod, aber auch vor falschen Diagnosen und sinnlosem Wegsperren in Krankenhäusern und Anstalten.

Es gibt viel mehr als Verhalten und vererbte Gene, das unsere Kommunikation mit der Außenwelt beeinflusst. Viele Ursachen von verändertem oder gestörtem Verhalten sind bis heute nicht bekannt. Mit diesem Wissen besuchte ich das Ashton Brain Center (ABC) in Birmingham, ein renommiertes Fachzentrum zur Erforschung und Entwicklung des Gehirns von Kindern, und fragte den Direktor, Professor Paul Furlong, nach seiner Meinung zu Susannah Cahalans Fall. Das Fachgebiet des Professors ist Epilepsie. Cahalans Buch und dessen Inhalt waren ihm unbekannt.

Dabei wurden seit den letzten zehn Jahren in Ashton Standards in der Neurologie gesetzt. Die Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) ist eine örtlich sehr genaue, indirekte Messung der Zellfunktion über die Bestimmung der Sauerstoffmenge im Gehirn. Das EEG hingegen liefert zwar eine schnelle direkte Messung der Zellaktivität, hat aber seine Grenzen in der Genauigkeit der Lokalisation (mehrere Zentimeter). Daher entwickelten die Wissenschaftler eine Kombination aus beiden: die Magnetoencephalographie (MEG). Damit lassen sich nun wichtige Funktionen wie einzelne Bewegungsabläufe oder Sprache genau im Gehirn lokalisieren. Das ist unter anderem Voraussetzung für genaues, zielgerichtetes Operieren in Gehirnteilen.

Lichtempfindlichkeit als Ursache von Epilepsie tauchte erstmals in den 1950er Jahren durch das Fernsehen auf. Sie tritt bei einem von 4000 Personen in der Bevölkerung auf, bei den 7- bis 19-Jährigen mehr als fünf Mal so häufig. Photosensitive Epilepsie kommt doppelt so häufig bei Frauen vor als bei Männern. Die Patienten werden im EEG-Labor in Ashton mit intermittierender Fotostimulation untersucht. Die Meisten reagieren auf 16 bis 20 Blitze in der Sekunde, 49 Prozent der Patienten auch auf 50 Blitze je Sekunde.

Seit 1993 gibt es in Großbritannien Rundfunk-Leitlinien (OFCOM guide) mit Beschränkungen für Blitzraten, Bildschirmbereiche und langwelliges rotes Licht in Fernsehsendungen. Automatische Analysesysteme überprüfen britische Sendungen in Realzeit.

Wenn eine Nachrichtensendung viele Blitzbilder enthält, etwa bei der Bekanntgabe von Prinz William’s Verlobung mit Kate Middleton, muss der Nachrichtensprecher der BBC die Zuseher vor dem Blitzlichtgewitter warnen. 2007 wurde die BBC für die Verletzung der Regeln gerügt, weil das Promotion-Video für die Olympischen Spiele in einer Sequenz schnell blinkende Helligkeits-Änderungen zeigte. Auch einer der Twilight-Filme enthält für Epileptiker in einer Szene richtige Horror-Spezialeffekte – mit Potential für Krampfanfälle.

Während des British Science Festivals konnten Besucher in sieben Stationen am ABC selbst ihr Gehirn testen, oder sich zumindest die Apparaturen ansehen, mit denen die Wissenschaftler Funktionen des gesunden und erkrankten Gehirns untersuchen, um dann einzelne Teile des Gehirns in ihrer Funktion zu unterstützen oder auszuschalten. Der Ashton-Blick auf die Gehirnfunktionen ist zerstörungsfrei.

Zunächst liegt der Fokus bei unserem Besuch im ABC auf der Aufmerksamkeit. Dazu sollen wir uns ein kurzes Video ansehen und herausfinden, wie der darin gezeigte Kartentrick funktioniert. Komischerweise war ich die einzige in der rund 30 Personen, die sah, dass die Person während des Videos unterschiedlich bekleidet war. Folglich Filmschnitt. Das war nun wirklich nicht schwer und hatte mit Kartentrick rein gar nichts zu tun. Viel aber mit Aufmerksamkeit, genauem Hinsehen und Hinterfragen; normales Tagesgeschäft für eine Journalistin.

Die nächste Station zeigte einen Computer in der Funktion als Lügendetektor mit Mikroexpressions. Auch nicht schwerer für mich die Wahrheit festzustellen; die Einblendungen der Mikroexpressions kamen mir sogar recht lang vor. Irritierend und weltfremd fand ich hingegen, dass die Ausgangsbasis jeweils ein neutrales Gesicht war. Das entspricht nicht der Realität, wenn jemand etwa hemmungslos lügt: „Oh, ich habe mich so gefreut, dass Du da bist“. Da versucht der Trickser doch zumindest, dabei zu lächeln, auch wenn er dabei kurzzeitig das Gesicht zur Herabsetzung verzieht. Ebenso fand ich die Tatsache weltfremd, dass den Text keiner gesprochen hat, sondern er nur als Worte in einer Sprechblase, vom Gesicht entfernt, zu lesen war.

Zwei Tische weiter kamen Gehirn und Motorik zum Einsatz: etwa schnell auf Tasten zu drücken bei bestimmten Reizen. Ähnliche Übungen, wie sie etwa auch bei der Auswahl von Piloten und Lotsen gemacht werden. Dazu der Unterschied zwischen globaler und lokaler Erkennung: etwa ein großer Kreis (global) der aus sehr vielen kleinen Vierecken oder Rhomben gebildet wurde.

Und bei der Frage: Was sehen Sie? musste der Proband einmal auf die kleinen lokalen Strukturen fokussieren und zwischen Rechtecken und Rhomben unterscheiden und ein anderes Mal auf die große, daraus gebildete Form, etwa einen Kreis. Bei gesunden Menschen ist es altersabhängig, was der Mensch besser/schneller/leichter erkennen kann: das Globale oder das lokal Gezeigte.

Bisher ging es mehr um die Evaluierung von Zuständen. Aber der Sinn und Zweck des Braincenters ist es, aus ihren Untersuchungen industrielle Anwendungen zu entwickeln, mit denen Menschen geheilt werden können.

Es war ein deutscher Neurowissenschaftler, Hans Berger, der die elektrische Aktivität des menschlichen Gehirns entdeckte. Wo elektrische Aktivität ist, entsteht immer auch Magnetismus und umgekehrt. Man kann beim Gehirn daher beides zur Evaluierung heranziehen, entsprechende Geräte vorausgesetzt.

Berger war der erste, der bereits 1924 Alpha-Wellen eines menschlichen Gehirn aufzeichnete. 1970 startete die Defense Advanced Research Projects Agency in den USA Programme zur Gehirn-Kommunikation mit Elektroenzephalografie (EEG). Seit 1999 finden weltweit Brain Computer Interface Konferenzen (BCI) statt. Zurzeit gerade in Graz.

Wenn Gehirnzellen (Neuronen) aktiviert sind, entstehen lokale elektrische Impulse. Beim EEG misst man die Summe der elektrischen Aktivität des Gehirns durch Aufzeichnung der Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche. Ursache dieser Schwankungen sind physiologische Vorgänge einzelner Gehirnzellen während des Denkens. Je nachdem, wo die Neuronen örtlich „sitzen“, addieren sich die von einzelnen Neuronen erzeugten Potentiale.

Normalerweise genügen 12 Kanäle zur Untersuchung. Als Vorbereitung auf einen operativen Eingriff, etwa bei Epilepsie, muss der geschädigte Bereich wesentlich genauer eingegrenzt werden.

Das Pendant zum EEG ist die Magnetresonanztomographie (MRT). Sie setzt als medizinisches Diagnose-Tool ein starkes Magnetfeld ein, um qualitativ hochauflösende Bilder des menschlichen Körpers zu produzieren. Die Bilder werden mit Hilfe von Computern, einem extrem starken Magneten und Radiowellen erzeugt. Besonders wirksam ist MRT bei der Untersuchung von weichen Geweben wie Nerven, Muskeln, Bändern und Sehnen. Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen und Computer-Tomographie resultiert die Magnetresonanz-Bildgebung nicht in Strahlung für den untersuchten Körper.

Die kombinierte Methode aus beiden (siehe weiter oben in diesem Artikel) ist die Magnetoencephalography (MEG), eine ebenso nicht invasive Methode: etwas neuer und vor allem teurer aufgrund der Geräte, die dazu notwendig sind. MEG kartografiert das magnetische Feld, das durch die elektrischen Ströme im Gehirn entsteht, mit Hilfe von sogenannten SQUIDs (superconducting quantum interference devices).

Im Aston MRI Center wird dazu ein 3 Tesla Trio Magnetom MRI Scanner eingesetzt für die Magnetresonanzspektroskopie (MRS), Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) und zur Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI).

Bei der fMRI werden Veränderungen im Blutfluss und unterschiedlichem Sauerstoffgehalt in Relation zur Aktivität der Neuronen im Gehirn gesetzt. Das geht auf den Schweden Linus Pauling zurück, der bereits 1935 feststellte, dass sich die magnetischen Eigenschaften des Hämoglobins in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt verändern. Mit fMRI konnten in Vergleichsstudien zwischen Menschen mit psychischen Störungen (Depressionen…) und gesunden Kontrollpersonen deutliche Unterschiede im Hirnstoffwechsel nachgewiesen werden.

Oben hatte ich bereits über nicht invasive Untersuchungen geschrieben. Etwas gruselig wurde es doch bei einer Station, als an einer Probandin gezeigt wurde, wie sie gezielt lokal magnetische Impulse von außen an ihren Kopf erhielt, worauf genau sich nach Vorhersage etwa die Hand oder der Unterarm hob. Ausschlug wäre vielleicht das bessere Wort, die ruckartige Bewegung war sichtbar nicht von ihr bewusst gesteuert.

So lassen sich aber, wenn man das genauer justiert (und hoffentlich keine falschen Regionen enhanced) gezielt Regionen im Gehirn beeinflussen. Verstärken oder schwächen, je nach Wunsch.

Einen Versuch, das Gehirn über seine Alphawellen zu beeinflussen, habe ich im letzten Jahr hier in Deutschland ausprobiert. Salopp ausgedrückt sind Gehirnwellen so einzigartig und einem bestimmten Menschen zuordnenbar wie ein Fingerabdruck. So kann man durch Beschallen des Gehirns einer Person mit ihrer eigenen Frequenz in gute Stimmung versetzen und/oder ihre Leistung erhöhen.

Zurück zu den Vorlesungen an der University of Birmingham, aus denen auch etliche der hier gezeigten Abbildungen stammen. Wie man das Gehirn beeinflussen kann, um dessen Beeinträchtigung durch das Älterwerden zu kompensieren, damit befasst sich Gemma Learmonth vom Institute of Neuroscience & Psychology an Universität Glasgow.

Die Grundlage aller Lernprozesse ist die sogenannte Neuronale Plastizität. Das ist die Eigenschaft einzelner Synapsen, Nervenzellen und ganzer Gehirnareale, sich in Abhängigkeit ihrer Nutzung zu verändern. Fehlender Einsatz führt zum Verlust von Funktionen oder dazu, dass Hirnareale für andere Funktionen genutzt werden. Der Ausfall von Hirnteilen und damit deren Funktion kann durch Training der Körperfunktion kompensiert werden, in dem andere Hirnrindenregionen die Funktion übernehmen. Intensives Training und intensive Nutzung von geistigen oder körperlichen Funktionen führen zur Vergrößerung der zuständigen Hirnareale und damit zu deren verbesserter Funktion.

Plastizität ist ein natürlicher Prozess, der den Organismus auf Veränderungen in seiner Umgebung reagieren und anzupassen lässt. Plastizität kann aber auch als Reaktion auf Verletzungen des neuronalen Gewebes entstehen.

Junge Gehirne haben eine höhere Plastizität als ältere. Das ist so nicht allzu neu: Dass junge Menschen leichter lernen als ältere ist bekannt. Spannender wird es, wenn man untersucht, wie man die Plastizität länger behalten kann. So ein Nürnberger Trichter wäre gut, bei dem man einfach im Schlaf weise wird.

Gleich vorweg: Letzteres funktioniert nicht. Man kann aber mit elektrischen oder magnetischen Impulsen von außen die Lernfähigkeit unterstützen. Wenn man sich demnach anstrengt und unter einem Stimulus Neues lernt, dann geht das schneller und man behält es besser. Nach der Hebb’schen Lernregel (Donald O. Hebb, The Organization of Behavior, 1949 ) gilt:

What fires together, wires together…
Was (an Neuronen) gleichzeitig feuert, verbindet sich.

Jacintha O’Shea von der Oxford Universität hat sich auf Untersuchungen zur Plastizität spezialisiert: „Wir leben in einer sich ständig verändernden Umwelt und das Gehirn muss sich auch beim Gesunden ständig anpassen. Wenn wir verstehen, wie die Plastizität in einem gesunden Gehirn funktioniert, dann können wir auch durch Schlaganfälle verursachte Veränderungen begreifen und positiv verändern.“ Wenn folglich ein Teil des Gehirns verletzt wird, dann kann ein anderer lernen, dessen Funktionen zu übernehmen. Und das kann man von außen unterstützen.

Gregor Thut’s (Universität Glasgow) Untersuchungen zur Gehirnstimulation befassen sich mit der Synchronisation. Man muss die (gewünschten) Neuronen dazu bringen, dass sie synchron feuern. Ein gutes anschauliches Beispiel mit Pendeln und hier zeigt, wie das auch im Gehirn funktionieren kann.

Den anregendsten Beitrag zum Nachdenken über die Probleme und Möglichkeiten unseres Gehirns lieferte der Psychologe Peter Naish. Er befasste sich mit dem (Zungenbrecher): The Conciousness Conundrum. Zu gut deutsch: dem Rätsel des Bewusstseins.

Was macht mich mich? Oder: What is it like to be a computer? Computer können vieles, was Menschen auch können, manches sogar besser. Was also unterscheidet uns? Die Zahl der Männer steigt, die versuchen, Siri Heiratsangebote zu machen.

Was ist so besonders an der menschlichen Wahrnehmung? Die im Schlaf ja etwa auch nicht vorhanden ist. Das menschliche Gehirn verfügt nur über zwei Prozent der Körpermasse, es enthält aber 100 000 000 Neuronen und die verbrauchen 20 Prozent unserer Energie. Wozu dieser Aufwand? Was ist der Sinn dahinter? Hinter einem Gehirn, dessen Funktionsweise wir noch nicht einmal annähernd durchschaut haben?

Tiere können auch ohne diesen enormen Aufwand leben. Manche sogar recht gut, und in vielen Fällen handeln wir auch nicht besser als unsere tierischen Freunde. In vielen Beispielen und Rätseln, die wir, das Publikum, gemeinsam lösen, führt Peter Naish uns hin zur Lösung der gestellten Fragen: Das Gehirn kann schneller und effektiver lernen, wenn es auch in Abwesenheit eines Reizes diesen wieder hervorrufen kann und so schneller feuern, wenn der Reiz tatsächlich eintritt.

Worüber ich seit dem Lesen von Susannah Cahalan’s Buch und der zahlreichen Vorlesungen, die ich danach zum Thema Gehirnforschung besucht habe, auch nachdenke, ist die Frage nach der Wirklichkeit. Nach der Realität.

Cahalan kann sich, beginnend mit den ersten Krampfanfällen, an nichts mehr aus der Zeit ihrer Erkrankung erinnern. Zunächst für den Artikel in der NY Post und später fürs Buch rekonstruiert sie diese Zeit aus den Tagebuchaufzeichnungen ihrer Eltern, aus Interviews mit Pflegern und Ärzten, Krankenhausprotokollen und Videos. Einiges, woran sie sich heute, geheilt, aus der Anfangszeit der Krankheit, aber noch sehr lebendig erinnert, hat nach Aussagen ihrer Umwelt nie stattgefunden. Susannah jedoch könnte beschwören, dass diese Ereignisse, die für sie heute im Wachzustand so lebendig sind, wie wenn sie gerade passiert wären, genauso stattgefunden haben. Etwa ein orangerotes Krankenhaus-Armband mit einem Schriftzug (Flight Risk), das so nicht im Krankenhaus existierte. Oder Sätze ihres Stiefvaters Susannah gegenüber, die nach Aussagen anwesender Zeugen nie stattgefunden hatten.

Welche Fakten und Ereignisse speichert das Gehirn nun in welcher Art ab? Oder kombiniert es sie eigenmächtig? Wie können wir sicher sein, dass das, was wir zu wissen glauben, auch tatsächlich so stattgefunden hat und korrekt ist?