Welche (neurowissenschaftlichen) Erkenntnisse lassen sich tatsächlich aus Gehirnscans ableiten? Wie ist der aktuelle Wissensstand und wo liegen die Grenzen?
A2A
Wie der im Link hinterlegte Artikel auch ausführt, handelt es sich bei dem umgangssprachlich "Gehirnscan" genannten Verfahren um ein sogenanntes bildgebendes Verfahren, die funktionelle Magnetresonanztomografie - kurz fMRT.[1]
Damit erhält man so schöne bunte Bildchen wie dieses hier, die zeigen, dass bestimmte Regionen im Gehirn bei bestimmten Aufgaben oder Tätigkeiten stärker arbeiten als andere Regionen:
Die Methode (wie es genau funktioniert, könnt ihr in der Fußnote bei Wikipedia nachlesen) wird seit ungefähr 20 Jahren verwendet. Und in der Tat ist die fMRT ein Hilfsmittel, das durchaus neue und tiefgreifende Erkenntnisse über die Funktionsweise unseres Gehirns ermöglicht. Komma, ermöglichen könnte.
Es gibt aber mehrere Probleme mit der fMRT-Darstellung … und aufgrund dieser Probleme ist die Aussagekraft der fMRT-Bildchen mit dem momentanen Stand der Technik noch ziemlich eingeschränkt. Drei wesentliche Hindernisse gibt es dabei:
1.) Zeitliche Auflösung
Die fMRT ist ein indirektes Verfahren - es misst im Grunde gar nicht die Gehirnaktivität an sich, sondern einfach gesagt die Änderung im Blutfluss und Blutsauerstoffgehalt in Gehirnregionen. Bis diese aber reagieren, muss die Gehirnaktivität eine bestimmte Dauer haben - allgemein nimmt man heute ungefähr 4 Sekunden an, und unterstellt darüberhinaus eine Linearität zwischen Blutfluss und Gehirnaktivität. Vier Sekunden sind für so ein Gehirn aber eine kleine Ewigkeit. Ein klassisches EEG z.B. reagiert erheblich schneller. Liefert aber weniger bunte Bilder.
2.) Räumliche Auflösung
Mit der momentanen Technik kann man das Gehirn mit einer Auflösung runter bis zu ungefähr einem Kubikmillimeter scannen. Das klingt erstmal ganz gut, wenn man bedenkt dass das menschliche Gehirn ein Volumen von rund 1.230.000 Kubikmillimetern hat[2] . Allerdings befinden sich in einem Kubikmillimeter Gehirn so ungefähr 100.000 Neuronen - und jedes dieser Neuronen hat über 10.000 Synapsen Kontakt zu anderen Neuronen. Das heißt, wir sprechen hier von einer Milliarde verschiedener Verschaltungen in diesem einen mm³. Die in einem einzigen Bildpunkt wiedergegeben werden.
Das ist, nur als Vergleich, ungefähr so, wie die Auflösung dieses Portraits:
Und, wer hat darin alles die Mona Lisa erkannt?
3.) Hintergrundrauschen
Der schwerwiegendste Kritikpunkt ist aber noch ein anderer. Das, was man als "Hintergrundrauschen" des Gehirns bezeichnen könnte.
Es ist ja nicht so, als ob einige Teile des Gehirns ein-, und die anderen ausgeschaltet sind. Das Gehirn arbeitet, immer, überall, und gleichzeitig. Das bedeutet, um bei einem fMRT-Scan etwas erkennen zu können, muss man dieses Hintergrundrauschen herausrechnen. Dazu werden Computer verwendet, bzw. Software, die dies mittels statistisch-heuristischer Verfahren übernimmt. Und hier kommt es auf die "Feineinstellungen" an, die man da vornimmt. Da kann man mal mehr und mal weniger herausfiltern, mal diese oder eine andere "Frequenz" abstellen.
Wozu das führen kann, dazu gibt es ein sehr schönes Beispiel, das eine gewisse Bekanntheit über den Ig-Nobelpreis[3] erhalten hat.
2009 zeigte der Neuropsychologe Craig Bennett von der Universität Kalifornien einem Probanden diverse Fotos von Menschen in verschiedenen Gefühlssituationen - mal fröhlich, mal ängstlich, usw. Währenddessen maß er mit der oben beschriebenen Methode die Gehirnaktivität. Anschließend ließ er seine gemessenen Rohdaten wie üblich durch verschiedene Einstellungen der erwähnten Filter- und Korrekturprogramme laufen … und tatsächlich, bei einer bestimmten Einstellung zeigte sich eine deutlich erhöhte Gehirnaktivität in einem speziellen, 81 Kubikmillimeter großen Bereich des Denkorgans.
Die Pointe dabei liegt darin, wer der Proband war, dessen Gehirnaktivität gemessen wurde. Es handelte sich - um einen Lachs. Einen Nordatlantiklachs. Genauer gesagt, um einen toten (!) Nordatlantiklachs, den Bennett im Supermarkt gekauft hatte.
Wie es Bennett selbst knochentrocken in seiner Studie beschreibt:
"The salmon was asked to determine what emotion the individual in the photo must have been experiencing."
Natürlich hat der tote Lachs nicht wirklich auf die Fotos mit menschlichen Gefühlsregungen reagiert - es handelt sich um eine rein zufällig aufgetretene Häufung von Voxeln (3D-Version von Pixeln), die immer mal wieder auftreten. Aber ein unbedarfter Forscher hätte jetzt daraus abgeleitet, dass tote Lachse menschliche Emotionen erkennen können.
Toter Lachs gewinnt Ig-Nobelpreis
Vor wenigen Stunden wurde wieder der Ig-Nobelpreis für die skurrilsten Studien vergeben. Zu den Gewinnern gehört: Eine Hirnscan-Studie mit einem toten Lachs.
https://www.alltagsforschung.de/toter-lachs-gewinnt-ig-nobelpreis/
Ein Fisch schaut in die Röhre
Um zu zeigen, wie viel Unfug die moderne Hirnforschung treibt, hat ein Forscher die Hirnströme eines toten Lachses gemessen.
https://www.sueddeutsche.de/wissen/neuronenforschung-ein-fisch-schaut-in-die-roehre-1.36460
Die Originalstudie zum nachlesen als pdf, hier:
http://www.jsur.org/ar/jsur_ben102010.pdf
Das ist jetzt übrigens durchaus die Stelle, an die der im Frage-Link hinterlegte Professor Eickhoff arbeitet - diese Filter- und Korrekturverfahren nicht von Menschenhand, sondern von Künstlicher Intelligenz erledigen zu lassen.
Ich erlaube mir hier eine gewisse Skepsis - wie Erfahrungen z.B. bei selbstlernender Gesichtserkennungs-Software gezeigt haben, können auch KIs durchaus auf "Vorurteile" (Bias) hereinfallen, je nachdem mit welchen Datensätzen sie gefüttert werden. Wobei sich Professor Eickhoff, wie ich aus dem Interview ablese, aber der Probleme auch durchaus bewusst ist. Und mehr Forschung ist immer gut.
TL;DR - Die fMRT-Verfahren sind durchaus, gar kein Zweifel, ein wichtiger Bestandteil der Hirnforschung und können eine ganze Menge Erkenntnisse bringen. Aber sie haben deutliche Schwächen, und so manch ein Forscher übersieht die Probleme im Enthusiasmus, etwas gefunden zu haben. Vor allem aber in den Medien werden die hübschen bunten Bildchen vom Gehirn meist sehr sehr überbewertet.
Fußnoten
[1] Funktionelle Magnetresonanztomographie – Wikipedia
[2] Hirngröße und menschliche Evolution
[3] Improbable Research