Ruhig und friedvoll liegt unten im Tal eine ins Dunkel gehüllte Stadt. Einige hell erleuchtete Fenster durchbrechen die Schwärze. Ansonsten deutet nichts auf menschliche Aktivität hin. Spielt sich tatsächlich jenseits der beleuchteten Fenster Leben ab, und schlummern Menschen hinter den dunklen in ihren Betten?

Vor einer ähnlichen Frage stehen auch die heutigen Neurowissenschaftler: Im Hirnscan sehen sie bestimmte Areale aufleuchten und versuchen hieraus abzuleiten, welche Neurone gerade geschäftig sind und welche dem Müßiggang frönen. Doch genau diese Schlussfolgerung hat ihre Tücken.

Die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT), die seit den frühen 1990er Jahren einen wahren Siegeszug angetreten hat, stellt mittlerweile die wohl wichtigste Neurotechnik dar. Sie misst allerdings nicht die Nervenerregungen selbst, sondern nur den Stoffwechsel im Oberstübchen. Schlüsse auf den Ort einer Erregung lassen sich dann in Form von Wahrscheinlichkeiten ziehen. Wissenschaftler nutzen dabei die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von sauerstoffreichem und -armem Hämoglobin: Werden bestimmte Hirnregionen aktiv, erhöht sich mit einigen Sekunden Verzögerung auch der Sauerstoffverbrauch, wodurch sich dort vermehrt oxygeniertes Hämoglobin konzentriert.

Was dieser so genannte Bold-Effekt (Blood Oxygenation Level Dependent) wirklich bedeutet, bleibt umstritten. "Vom Ausmaß der Durchblutung auf komplexe Leistungen zu schließen, ist um fünf Ecken gedacht", betont Bärbel Hüsing vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe. "Es ist genau so, als wenn man von der Durchblutung im Muskel auf die Qualität einer Kür beim Eiskunstlauf schließen wollte." Außerdem kann fMRT – sie hinkt der größeren zeitlichen Auflösung des Elektroenzephalogramms deutlich hinterher – lediglich sehr langsame physiologische Prozesse erfassen, die von vier Sekunden bis mehrere Minuten reichen. Somit vermag sie auch nicht die schnellen psychischen Prozesse abzubilden, die mit Denken oder Wahrnehmen assoziiert sind.

Die Vorstellung, bildgebende Verfahren könnten vielleicht sogar "Gedanken lesen" – wie immer wieder zu hören ist –, weist die Forscherin zurück. Denn fMRT könne eben nur Hirnmechanismen erfassen, nicht aber den Inhalt von Denkprozessen. Hüsing und ihre Kollegen hatten 2006 die Möglichkeiten und Risiken bildgebender Verfahren untersucht und als Ergebnis den Aussagewert von Hirnaufnahmen für überschätzt erklärt [1].

Immer aktiv

Eine weitere Schwierigkeit liegt in unserem hyperaktiven Denkapparat, der nie wirklich zur Ruhe kommt. Die Frage, welche Neurone sich gerade regen, weil sie momentan an der Verarbeitung eines Reizes mitarbeiten, und welche nicht, kann laut Nikos Logothetis vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik gar nicht so einfach beantwortet werden [2]. In den neuronalen Netzwerken laufen viele erregende und hemmende Entladungen der Zellen ab, die im Tomografen sichtbar werden, aber gar nicht an der Verarbeitung des Reizes beteiligt sind.

Möchte ein Forscher gerne wissen, welche Areale im Spiel sind, während eine Person etwa einen Ball wahrnimmt, muss er hierfür die permanente Hintergrundaktivität herausrechnen. Er vergleicht daher zwei Zustände – beispielsweise den relativen Ruhezustand und den aktiven Zustand des Gehirns – und gewinnt daraus mit Hilfe statistischer Testverfahren die "Mehr-Aktivität", die vermeintlich mit der betreffenden mentalen Leistung einhergeht.

So einfach ist es dann allerdings doch nicht. Selbst wenn er bei einem einzelnen Probanden den Zustand während einer Aufgabe mit dem Ruhewert verrechnet, "bekommt er am Mittwoch ein anderes Ergebnis als am Montag", betont Hüsing. Denn das Gehirn verarbeitet eine Aufgabe, die es schon kennt, anders als eine unbekannte.

Nicht immer die Wahrheit

Die Ergebnisse der Neuroforschung präsentieren sich häufig als bunte Karten des Gehirns. Dies suggeriert leicht, auch ein Laie könne die schwierigen Experimente verstehen, warnen die Wissenschaftler um Hüsing. Dabei fällt unter den Tisch, dass die "einfachen" Bilder aus der Verarbeitung vieler Daten gewonnen werden und kein direktes Abbild der Hirnfunktionen darstellen. Ein Bild sagt zwar mehr als tausend Worte, aber eben nicht immer die Wahrheit.

Auch Journalisten tragen zur vorschnellen Interpretation von Hirnaufnahmen bei. 2008 stießen einige Ergebnisse der Neurowissenschaften auf ein breites, aber umstrittenes Echo. Etliche Medien wussten Sensationelles zu berichten. So konnten Forscher wahlweise mittels Neurotechnik "Gedanken lesen" oder zeigen, dass Gehirne eigenmächtige Entscheidungen fällen, ohne ihren Besitzer zu fragen: "Studie nährt Zweifel an freiem Willen" berichtete der "Spiegel" über ein Experiment von John-Dylan Haynes und seinen Kollegen vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig. Die Wissenschaftler hatten anhand von Stoffwechselvorgängen im Gehirn vorhersagen können, ob ein Proband mehrere Sekunden später einen rechten oder linken Knopf drücken würde.

Da die mit Hilfe von bildgebenden Verfahren registrierten neuronalen Erregungen der bewussten Entscheidung der Versuchspersonen vorausgingen, galt dies schon als ein Indiz dafür, dass das Gehirn und nicht der Mensch die Entscheidungen treffe – eine kontrovers diskutierte Interpretation. Denn davon abgesehen, ob ein solcher Versuchsaufbau wirklich komplexe moralische Entscheidungen abzubilden vermag, lag die Trefferquote der Vorhersagen nur bei 60 Prozent.

Dass eine solche unkritische Berichterstattung offenbar auch sehr stark mit der verführerischen Überzeugungskraft der Bilder aus dem Tomografen zusammenhängt, legt eine Studie von David McCabe und Allan Castel von der Colorado State University in Fort Collins nahe [3]. In ihren Experimenten überzeugten bunte Bildchen die Versuchspersonen weitaus mehr als nüchterne Diagramme und Zahlen. Die Probanden ließen sich selbst dann von den Hirnaufnahmen beeindrucken, wenn sich die geschilderten Ergebnisse argumentativ als widersprüchlich erwiesen.

"Dennoch das beste Werkzeug"

Trotz allem bieten die modernen Visualisierungstechniken der Wissenschaft ganz neue Möglichkeiten. Vieles, was wir über die Funktionsweise unseres Denkapparates wissen, hat die Forschung zwar bereits aus neuropsychologischen Experimenten und Läsionsstudien gewonnen. Psychologen können sich jedoch lediglich das äußerlich sichtbare Verhalten ihrer Versuchspersonen anschauen. Bei Läsionsstudien wiederum schließen Wissenschaftler nur aus Verletzungen des Gehirns auf die normale Funktion des betroffenen Hirnareals. Da der Forschung auch nur eine begrenzte Zahl an Patienten mit speziellen Hirnverletzungen zur Verfügung steht, kann schnell eine mentale Leistung fälschlicherweise einer Hirnregion zugeschrieben werden. So galt lange Zeit der Hippocampus allein als Erinnerungsspeicher. Erst bildgebende Verfahren bei gesunden Probanden offenbarten, dass auch der präfrontale Kortex hierzu seinen Beitrag leistet.

So versetzen die Hirnaufnahmen die Wissenschaft seit einigen Jahren in die glückliche Lage, die neuronale Grundlage von kognitiven und emotionalen Leistungen an gesunden Versuchspersonen auf nicht invasive Weise zu untersuchen. Bei der Interpretation der bunten Bilder ist allerdings Vorsicht geboten. Doch trotz ihrer Grenzen bleibt die fMRT, so betont Nikos Logothetis, "derzeitig das beste Werkzeug, das wir haben, um Einsichten in die Arbeitsweise des Gehirn zu erlangen".