Der Philosoph und Neurobiologe: Michael Pauen und Dietmar Schmitz nähern sich dem Gehirn von ganz unterschiedlichen Seiten. Mit Albert sprachen sie über Geschichte, Gegenwart und Zukunft der Berliner Neurowissenschaften, über temporäre und grundsätzliche Erkenntnisgrenzen sowie spektakuläre Heilungserfolge.
Berlin war immer schon ein zentraler Standort für die Neurowissenschaften. Ich möchte sogar so weit gehen zu sagen, dass Emil du Bois-Reymond die moderne Hirnforschung hier begründet hat, als er Mitte des 19. Jahrhunderts mit seinem sogenannten Multiplikator zum ersten Mal Ströme im Nervensystem messen konnte. Korbinian Brodmann untersuchte gut 60 Jahre später in Berlin die Zellarchitektur der Großhirnrinde und erarbeitete eine bis heute verwendete Einteilung der verschiedenen Areale. Wilhelm von Waldeyer kreierte hier den Begriff Neuron, Oskar und Cécile Vogt leisteten bis zur Machtübernahme durch die Nazis im Berliner Kaiser-Wilhelm-Institut für Hirnforschung Herausragendes. Die Liste könnte man fortführen. Was bedeutet dieses große historische Erbe für die heutigen Neurowissenschaften in Berlin?
PAUEN: Natürlich wäre Hirnforschung sinnlos, wenn sie nicht über das hinausgehen würde, was vorher gemacht wurde, aber sie baut gleichzeitig auch darauf auf. Gerade für den Standort Berlin sind die Durchbrüche, die hier gelungen sind, Ansporn und Verpflichtung gleichermaßen. Natürlich zuallererst für wissenschaftliche Leistungen, aber auch dafür, über den Tellerrand hinauszublicken. Nehmen Sie den von Ihnen genannten Emil du Bois-Reymond. Der hat nicht nur in seiner Disziplin Großes geleistet, sondern auch als Sekretär der Königlich-Preußischen Akademie der Wissenschaften weit über sein Gebiet hinausgewirkt. Das ist etwas, was auch heute wieder unter dem Stichwort Interdisziplinarität eine große Rolle spielt.
SCHMITZ: Entscheidend für die modernen Neurowissenschaften war aus meiner Sicht die Entdeckung der zellulären Beschaffenheit des Gehirns durch Ramón y Cajal und Camillo Golgi zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Das führte dazu, dass in Berlin Wissenschaftler wie Wilhelm von Waldeyer die große Frage debattierten, ob die Nervenzellen durch einen Faserfilz verbunden sind oder ob das Neuron als eine autonome Einheit existiert. Durch die mit einem Nobelpreis gewürdigte Erfindung des Elektronenmikroskops durch den Elektroingenieur Ernst Ruska hier in Berlin konnte das später aufgeklärt werden.
... zugunsten der Neuronentheorie, die Nervenzellen als einzelne, in sich abgeschlossene Einheiten versteht.
SCHMITZ: Genau. Und daraus ergab sich das nächste Problem. Wenn die Neurone abgeschlossene Einheiten sind, wie kommunizieren sie dann miteinander? Wie sieht die Synapse aus, also wie gestaltet sich der Übergang zwischen einem Neuron und dem nächsten?
Die Frage also, wie kommt die Erregung über den sogenannten synaptischen Spalt, den winzig kleinen Raum zwischen den Neuronen.
SCHMITZ: Diese Frage hat in den letzten 50 Jahren weite Bereiche der Neurowissenschaften beschäftigt. Und wenn man dann auf meinen Forschungsbereich schaut, hat sich herausgestellt, dass die Prozesse an der Synapse sogar plastisch sind. Das heißt, dort wird nicht einfach nur an- und ausgeschaltet, sondern die Erregung kann beim Übergang von einem Neuron zum anderen viele mögliche Zwischenwerte annehmen. Damit sind wir in einem Parforceritt durch die Geschichte der Neurowissenschaften bereits in der Gegenwart angekommen.
Herr Pauen, was macht für Sie die neurowissenschaftliche Gegenwart in Berlin aus?
PAUEN: Am Auffälligsten scheint mir, dass wir hier eine extrem vielgestaltige Landschaft mit sehr unterschiedlichen Spezialisierungen haben, die aber eng vernetzt sind. Die Forschungseinrichtungen, die sich in Berlin mit Neurowissenschaft beschäftigen, arbeiten nicht nebeneinanderher, sondern kooperieren sehr erfolgreich auf unterschiedlichsten Ebenen. An genau dieser Stelle setzt ja auch die Einstein Stiftung mit ihrer Förderung ein. Hinzu kommt: Berlin ist nicht isoliert. Berliner Wissenschaftler arbeiten eng mit Kooperationspartnern in der ganzen Welt zusammen.
Anders, als noch vor 30 Jahren, als die Stadt geteilt war ...
PAUEN: Das ist wohl wahr. Heute haben wir einen Standortvorteil in Berlin, weil viele Leute sehr gern in die Stadt kommen. Ein beachtlicher Prozentsatz der Menschen, die heute hier leben, ist nicht in Berlin geboren. Das heißt, bestimmte Verkrustungen, die es in anderen Städten gibt, werden Sie hier nicht finden. Dadurch ist Berlin aber auch nicht unbedingt attraktiv für Leute, die ihren alltäglichen Trott brauchen. Wer nicht nach neuen Wegen sucht, findet morgens angesichts ständig wechselnder Baustellen noch nicht einmal den Weg zur Arbeit. Diese Offenheit für Neues schlägt sich in sehr produktiver Weise in den Wissenschaften nieder.
Wo liegen aus Ihrer Sicht die Stärken der Berliner Neurowissenschaften, Herr Schmitz?
SCHMITZ: Dass wir hier besonders breit aufgestellt sind und gerne miteinander kooperieren - auf verschiedenen Ebenen. Bei der Erforschung der Vorgänge an den Synapsen gibt es viele herausragende Wissenschaftler in der Stadt. Zugleich versucht man aber auch eine Ebene höher zu kommen. Also von der Verbindung von Zelle zu Zelle. Da hat sich – besonders durch das Bernstein Center für Computational Neuroscience und das Exzellenzcluster NeuroCure – viel getan. Da sind tolle Wissenschaftler nach Berlin geholt worden, zum großen Teil über eingeworbene Forschungsgelder. Vielleicht ist das auch so eine Besonderheit für Berlin, dass sich viele Forschergruppen eingeworbene Mittel nicht selbst in die Tasche stecken, sondern in Köpfe investieren und spannende Leute berufen, die hervorragende Techniken mitbringen oder hier vor Ort etablieren. Beispielsweise optogenetische Untersuchungsmethoden, mit denen es gelingt, durch bestimmte Lichtreize Gene an- und auszuschalten. Damit eröffnen sich Möglichkeiten, in den Kern molekularer Vorgänge in den Nervenzellen vorzustoßen. In der Forschungslandschaft der Stadt sind solche Forschungen immer eingebunden in Kooperationen mit vielen anderen Disziplinen.
In der Praxis scheitert die Interdisziplinarität jedoch oft an Verständnisproblemen oder institutionellen Hürden ...
SCHMITZ: Das stimmt sicher. Umso glücklicher sind wir, dass uns in Berlin Interdisziplinarität ein ums andere Mal glückt. Ein Beispiel ist ein Projekt, das interessanterweise in der Klinik begonnen hat, nicht im Labor. Dabei ging es im ersten Fall um eine etwa 45-jährige Patientin, die unter auditorischen Halluzinationen in Verbindung mit einer bereits ausgeprägten Demenz litt. Dieser Fall warf viele Fragen auf, es gab weder eine Diagnose noch eine Behandlungsmöglichkeit. Eine Berliner Arbeitsgruppe unter Leitung von Harald Prüss hat dann gefunden, dass viele dieser Patienten Antikörper gegen jene körpereigenen Eiweiße bilden, die eine wichtige Rolle für die synaptischen Vorgänge spielen. Diese Antikörper haben wir dann in Zusammenarbeit mit weiteren Arbeitsgruppen untersucht und konnten deren Wirkweise erklären. Daraufhin wurde ein Verfahren entwickelt, das die Antikörper aus dem Organismus entfernt und den Zustand der Patienten wesentlich verbessert. In einigen Fällen gab es sogar eine 100-prozentige Heilung. Daran waren Psychiatrie, Neurologie und verschiedene Disziplinen der Grundlagenforschung direkt beteiligt. Das ist nur ein Beispiel von vielen und in der Zwischenzeit konnten viele Patienten mit solch einer Erkrankung – NMDAR-Enzephalitis – diagnostiziert und behandelt werden.
Funktioniert die Interdisziplinarität auch zwischen Natur- und Geisteswissenschaft, Herr Pauen? Sie sitzen ja als Philosophieprofessor an der Berlin School of Mind and Brain an einer der zentralen Schnittstellen der Hirnforschung in Berlin.
PAUEN: Vor etwa zehn Jahren gab es eine hitzig geführte Debatte darüber, dass der Mensch angeblich keinen freien Willen habe. Ausgangspunkt dafür waren damals bereits über 20 Jahre alte Experimente, aus denen einige renommierte Hirnforscher problematische Schlussfolgerungen zogen, eben weil es diese Kooperation zwischen den Fakultäten damals noch nicht gab. Heute haben wir die Möglichkeit, bei Mind and Brain ebenso wie im Bernstein Center intensive Diskussionen zwischen Neurowissenschaftlern und Philosophen zu führen, um überhaupt erst einmal einen sinnvollen Begriff von Handlungsfreiheit und freiem Willen zu gewinnen. Auf dieser Grundlage werden dann Experimente entworfen. Bei einem dieser Experimente konnte gezeigt werden, dass man eine bereits geplante Handlung bis direkt vor der Ausführung immer noch abbrechen kann.
Damit war die Idee des freien Willens gerettet ...
PAUEN: ...ewige Wahrheiten gibt es in der Wissenschaft nicht, aber die Experimente sprechen dafür. Und sie wurden möglich durch eine interdisziplinäre Kooperation von Hirnforschung und Philosophie.
Für einen groben Überblick der Neurowissenschaften, kann man sie in drei Ebenen aufteilen. Auf der untersten Ebene steht dann die molekulare Forschung, die der Frage nachgeht, was sich im und am Neuron tut. Hier sind wohl die größten Erfolge zu verbuchen. Die obere Ebene dagegen untersucht, an welchen Orten im Gehirn welche Funktionen auf welche Weise geleistet werden. Hier gibt es mehr Fragen als Antworten. Das hängt unter anderem damit zusammen, dass die mittlere Ebene als Vermittlungsinstanz zwischen unterer und oberer Ebene noch weitgehend im Dunkeln liegt. Darüber, wie größere Gruppen von Neuronen auf der Netzwerkebene zusammenarbeiten, existieren bestenfalls plausible Vermutungen. Insofern forschen Sie, Herr Schmitz, eher auf gesichertem Terrain.
SCHMITZ: Es stimmt, dass wir im Verständnis der Prozesse auf molekular-zellulärer Ebene am weitesten sind. Da sind gerade in den letzten zwei, drei Jahrzehnten unglaubliche Fortschritte gemacht worden. Auf der mittleren Ebene fehlt tatsächlich sehr viel, eine wichtige Frage lautet: Wie sind Nervenzellen in Verbünden oder Netzwerken exakt miteinander verschaltet, sowohl lokal als auch zwischen Hirnarealen? Da gab es bis vor kurzem nicht einmal die richtigen Techniken, um überhaupt an Datenmaterial zu kommen. Hier gibt es noch viel zu tun.
PAUEN: Die reichhaltigen Kenntnisse, die man auf der zellulären Ebene hat, in ein allgemeines Verständnis von Netzwerken zu integrieren, scheitert schlicht auch an der Komplexität. Das am weitesten fortgeschrittene und, wie sich immer mehr herausstellt, problematische Projekt in dieser Richtung ist das Human Brain Project in Lausanne.
Das von der EU mit der geradezu märchenhaften Summe von einer Milliarde Euro gefördert wurde.
PAUEN: Die haben dort einen Supercomputer genutzt, um eine kleine Einheit des Rattengehirns zu simulieren und haben verkündet, dass sie das auf das menschliche Gehirn übertragen wollen. Nur: Wenn sie allein für diese kleine Einheit bereits einen Supercomputer brauchen, der unvorstellbare 1.000 Milliarden Operationen pro Sekunde leistet, wird das Problem rasch deutlich, denn der Mensch hat eine Million dieser Einheiten. Außerdem könnte man die Untersuchungen schon aus ethischen Gründen nicht durchführen; denn man kann in das Gehirn eines lebenden Menschen nicht einfach eingreifen.
Damit sind wir bei einer philosophisch eminent wichtigen Kategorie, der des Verstehens. Diese führt beim Hirn in eine Paradoxie, da man ja nur das Gehirn hat, um das Gehirn zu verstehen. Zum Verständnis einer Sache braucht man jedoch einen höheren Komplexitätsgrad als die Sache hat, die man verstehen möchte. Gibt es aus Ihrer Sicht überhaupt Mittel und Wege, das Gehirn als Einheit zu verstehen?
PAUEN: Wir haben ja unser Gespräch mit der Geschichte der Neurowissenschaften begonnen. Wenn man auf frühere Perioden des Fachs zurückblickt, sieht man sehr schön, wie begrenzt das jeweilige Verständnis war, weil bestimmte Techniken und Einsichten noch fehlten. Wir sollten uns immer im Klaren sein, dass dasselbe auch für uns gilt. Das heißt, dass uns nicht nur Daten fehlen, sondern dass unsere Vorstellungen von dem, was im Gehirn vor sich geht, fehlerhaft und völlig unvollständig sind. Wenn man sich das klarmacht, sollte man vorläufig keine Vermutungen darüber anstellen, ab wann das Gehirn als verstanden gelten kann.
Dementsprechend hieß es ja auch im „Manifest führender Neurowissenschaftler über Gegenwart und Zukunft der Hirnforschung“ von 2004, dass die Hirnforscher sich allenfalls auf dem Stand von Jägern und Sammlern befinden.
SCHMITZ: Genau. Zunächst muss man aber feststellen, dass der Begriff des Verstehens nicht klar definiert werden kann, was auch in der Philosophie immer wieder diskutierte wird. In der Physik, Mathematik und insbesondere den Ingenieurwissenschaften könnte man mit diesem Wort arbeiten, sobald man ein Modell rechnen kann oder eine Maschine baut die repetitiv, reliabel sowie präzise eine Funktion ausführen kann. In der Hirnforschung könnte man die Funktion solch einer Maschine etwa mit dem Verhalten gleichsetzen, aber wir sind weit davon entfernt, den Zusammenhang zwischen Maschine und Funktion zu verstehen. Konkret gesagt, wir wissen fast bis in die atomare Ebene hinein, wie die Proteine im Gehirn zusammenkommen und den entsprechenden Transmitter freisetzen. Auf der anderen Seite der Synapse geht dann ein Ionenkanal auf, durch den kleinste Strömchen hindurchfließen – 10 hoch minus 15 Ampere, das sind 14 Nullen hinter dem Komma. Das haben wir – würde ich sagen – relativ gut verstanden. Aber deswegen haben wir noch lange nicht höhere Hirnfunktionen wie etwa das Gedächtnis begriffen. Wir wissen letztlich nicht einmal, welche Daten wir dafür brauchen – und das ist mit Jägern und Sammlern gut ausgedrückt. Albert Einstein könnte uns da ein gutes Vorbild sein. Der hat seine fantastischen Ergebnisse letztlich dadurch erzielt, dass er einen Schritt zurückgetreten ist und Dinge hinterfragt hat, die als unumstößliche Gesetze galten. So etwas bräuchten wir.
Damit wären wir wieder bei der Historie. Ich würde aber gern noch einmal auf die Gegenwart zu sprechen kommen. Mit welchen Fragen beschäftigen Sie, Herr Schmitz, sich im Exzellenzcluster Neurocure derzeit?
SCHMITZ: Mit der Analyse von Hirn-Funktionen und der Entstehung von Krankheiten des Gehirns. Wir konzentrieren uns nicht auf eine Krankheit allein, sondern verfolgen im Gegenteil die Hypothese, dass Symptome bei vielen neurologische und psychiatrische Krankheiten mit ähnlichen Mechanismen einhergehen. Langfristig hegen wir die Erwartung, sowohl diagnostische als auch therapeutische Möglichkeiten aus unseren Forschungen zu entwickeln. Für dieses Projekt ist die Zusammenarbeit grundlagen-wissenschaftlicher Arbeitsgruppen mit den Kliniken immens wichtig. Hoffnungsvoll stimmt mich, dass auch hier ein ziemlich festgefügtes Paradigma zu kippen scheint. Bislang hat man angenommen, dass eine Entwicklungsstörung im Gehirn, die zu einer Behinderung führt, unumkehrbar ist. Wir haben erste Anzeichen gefunden, die dieser Forschungsmeinung widersprechen. Möglicherweise kann man auch im Alter Entwicklungsstörungen auf molekularer und genetischer Ebene noch therapieren. Aber da ist es noch zu früh für Erfolgsmeldungen.
Wie sieht Ihre Forschungsgegenwart aus, Herr Pauen?
PAUEN: Ich arbeite gewissermaßen am anderen Ende der Gehirnvorgänge. Lange Zeit ist man davon ausgegangen, dass man über bewusste Empfindungen nur in der sogenannten Ersten-Person-Perspektive etwas sagen kann: Nur ich selbst weiß, wie es ist, einen Schmerz zu empfinden oder eine Farbe zu sehen. Wenn dem so wäre, könnte man über all diese Empfindungen aus der Dritten-Person-Perspektive der Wissenschaft nur bedingt etwas aussagen. Wir wären also nicht imstande, eine wissenschaftliche Erklärung der natürlichen Grundlangen des Bewusstseins zu geben. Wir versuchen gerade zusammen mit Philosophiehistorikern, Neurowissenschaftlern und Psychologen, Neurologen und Psychiatern die Grenze der Erkenntnis in diesem Bereich auszukundschaften. Bis zu welchem Grad kann Naturwissenschaft sinnvolle objektive Aussagen über subjektive Empfindungen treffen?
Auch hier sind wir wieder bei der Vergangenheit –Emil du Bois-Reymond behauptete mit seinem sogenannten Ignorabimus-Argument, dass die Wissenschaft nie herausfinden wird, wie es sich anfühlt, die Farbe Rot zu empfinden.
PAUEN: Genau das ist unsere Frage. Hatte Emil du Bois-Reymond da wirklich recht? Wir benötigen ein wissenschaftliches Verständnis geistiger Prozesse. Und dazu müssen wir zunächst einmal wissen, was jemand fühlt und denkt. Das ist schon für Psychiater enorm wichtig, der sich ein objektives Bild von den psychischen Störungen seines Patienten machen muss. Und dieses Bild kann von den Angaben des Patienten abweichen. Dasselbe Problem stellt sich, wenn man mit neurowissenschaftlichen Methoden zu bestimmen versucht, in welchem mentalen Zustand sich ein Proband befindet. Spannend ist auch die Frage, ob es Fälle gibt, in denen sich der Proband selbst über seinen inneren Zustand täuscht. Wenn man das mit naturwissenschaftlichen Methoden bestimmen könnte, wüsste man gewissermaßen mehr über den inneren Zustand der Person als diese selbst. Es gibt hierfür eine Reihe von Indizien, zum Beispiel aus der Psychologie.
Werfen wir noch einen Blick in die Zukunft – was wünschen Sie sich für den Neurostandort Berlin?
PAUEN: Wir sind schon ziemlich weit in der Zusammenarbeit der verschiedenen Bereiche und Initiativen, die sich mit Neurowissenschaften beschäftigen. Gleichwohl sehe ich noch Luft nach oben. Und je enger man die einzelnen Projekte miteinander koordiniert, desto besser ist das für die gesamte Community. Im gerade neu gegründeten Einstein-Zentrum für Neurowissenschaften versuchen wir die Doktorandenausbildung zwischen all den unterschiedlichen Neuro-Initiativen zu koordinieren. Das ist so eine Baustelle, bei der durch noch mehr Vernetzung und Synchronisation große Verbesserungen erzielt werden können.
SCHMITZ: Ich denke, wir müssen auch über die Neurowissenschaften hinausgehen. Beispielsweise könnten wir viel erreichen, wenn wir den Zusammenhang von neurowissenschaftlichem und immunologischem System untersuchen würden. Da gibt es vieles, was wir noch gar nicht verstehen. Warum bilden sich überhaupt bestimmte Antikörper, die dann auf die synaptische Aktivität Einfluss nehmen? Wie wirken diese? Übersehen wir kritische Krankheitsmechanismen genau an dieser Schnittstelle? Solche fächerübergreifenden Fragen stellen und in einer sinnvollen Weise bearbeiten zu können, das wäre eine Zukunftsvision, die einem Wissenschaftsstandort wie Berlin angemessen wäre.
Michael Pauen ist Professor am Institut für Philosophie der Humboldt-Universität zu Berlin und Sprecher der Berlin School of Mind and Brain. Er beschäftigt sich mit der Philosophie des Geistes und der Kulturphilosophie. Zuletzt ist von ihm das Buch „Die Natur des Geistes“ erschienen (S. Fischer, 2016). 2015 veröffentlichte er zusammen mit Harald Welzer das Buch „Autonomie: Eine Verteidigung“ (S. Fischer, 2015). Darin geht es um die Bedrängung der menschlichen Autonomie durch die Gemeinschaft, sowie Ideen zur Gegenwehr.
Dietmar Schmitz ist Einstein-Professor für Neurowissenschaften und Direktor des Neurowissenschaftlichen Forschungszentrums an der Charité sowie Sprecher des Exzellenzclusters NeuroCure. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Untersuchung der physiologischen und pathophysiologischen Mechanismen der synaptischen Transmission und Plastizität, sowie der neuronalen Netzwerkaktivität. Schmitz ist Sprecher des neu gegründeten Einstein-Zentrums für Neurowissenschaften.
Der Berliner Philosoph und Autor Matthias Eckoldt veröffentlicht Fachbücher und Essays zum Gehirn. Zuletzt erschienen ist von ihm „Eine kurze Geschichte von Gehirn und Geist: Woher wir wissen, wie wir fühlen und denken“ (Pantheon Verlag 2016), sowie gemeinsam mit dem Berliner Neurowissenschaftler Randolf Menzel „Die Intelligenz der Bienen“ (Albrecht Knaus Verlag 2016). Für seine Arbeit wurde Matthias Eckoldt unter anderem mit dem idw-Preis für Wissenschaftsjournalismus ausgezeichnet.
Interview: Matthias Eckoldt