Neuroforschung: Ein Fehler stellt Tausende Gehirnstudien infrage

Neuroforschung: Ein Fehler stellt Tausende Gehirnstudien infrage

Eine Flut spektakulärer Studien bringt bunte Bilder von einer kleinen Hirnregion mit Ängsten, Depressionen und sogar politischen Einstellungen in Verbindung. Wiener Forscher zeigen jetzt: Es war wohl alles ein großer Irrtum - und die Fachwelt ist einer peinlichen Verwechslung aufgesessen.

Die Forscher waren hellauf begeistert: Eine einzige Gehirnaufnahme genüge in Zukunft, um schwere seelische Leiden präzise vorherzusagen, schwärmten Psychologen der amerikanischen Duke University Anfang Februar. Mithilfe eines Magnetresonanztomografen, der die Aktivität in einem kleinen Gehirnareal namens Amygdala bildlich darstellte, wollten die Experten ermittelt haben, wie anfällig Personen für stressbedingte Erkrankungen sind - und in weiterer Folge für Angststörungen oder Depressionen.

In dichter Abfolge wurden in den vergangenen Jahren vergleichbare und scheinbar bahnbrechende Studien aus der Neurowissenschaft publiziert, die humanes Verhalten, Gefühle oder wichtige Entscheidungen des Menschen mit einer Anregung bestimmter Gehirnareale durch äußere Reize in Verbindung brachten - durch Mimiken wie Freude, Trauer oder Abscheu, Bilder ekeliger Spinnen oder durchdringende Geräusche. Welche Stimuli all die Eindrücke in unseren Nervenzellen auslösen, sollen jene Bilder verraten, die entstehen, wenn Menschen in der Röhre eines Magnetresonanztomografen liegen und ihr Gehirn dabei gescannt wird. Die Aufnahmen sind auch beliebte Sujets in vielen Medien: Stets sieht man die typischen Reihen grauer Gehirnschnitte, wobei bunte Flecken in einzelnen Bereichen anzeigen sollen, in welchem Areal die Neuronen gerade feuern. Kaum eine menschliche Regung, kaum eine Neigung, kaum ein Verhaltensmuster, das nicht bereits im Hirn lokalisiert worden wäre - von der räumlichen Orientierung bis zu einem mutmaßlichen Modul für die Religiosität.

Haben Republikaner andere Gehirne als Demokraten?

Die Amygdala, auch Mandelkern genannt, ist ein besonderer Hotspot dieses Forschungszweiges: Im limbischen System des Gehirns gelegen, gilt sie als eine Steuerzentrale für Emotionen, die besonders an der Entstehung von Angst sowie an der neuronalen Analyse von Gefahren beteiligt ist. Per funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRI) wollen Wissenschafter über die Jahre wahrhaft Verblüffendes herausgefunden haben: So sollen Erregungsmuster in der Amygdala von Autisten belegen, dass ihnen Augenkontakt beunruhigende Gefühle beschert, weshalb sie direkten Blicken gerne ausweichen. Mediziner aus Harvard wiederum glauben, dass der Mandelkern mitentscheidet, wie wir über Straftäter denken: Erhalten wir einen besonders lebhaften und plastischen Bericht eines mit Vorsatz begangenen grausigen Verbrechens, soll dies im Wege einer emotionalen Stimulierung zu härteren Urteilen führen. Und selbst unsere politische Einstellung soll die Amygdala preisgeben: Angeblich fallen Republikaner durch höhere Erregungslevels in dieser Region auf und grenzen sich dadurch deutlich von Demokraten ab, die tendenziell weniger ängstlich sein sollen.

Rund 2500 Studien liegen inzwischen vor, für die sich Probanden in die beklemmende Enge von Hirnscannern zwängten, um das Aufflackern ihrer Amygdala-Neuronen observieren zu lassen. Doch nun zeigt sich: Möglicherweise waren der ganze Aufwand, all die Mühen, die Abertausenden von Stunden, die Menschen reglos in der Röhre verharrten, und die Flut der dadurch generierten Daten weitgehend vergeblich. "All in vein“, wie der Blog "Neuroskeptic“ jüngst spottete - ein treffendes Wortspiel, das darauf verweist, dass vermutlich Generationen chronisch enthusiasmierter Neuroforscher schlicht einer Verwechslung aufsaßen: Was sie für Aktivität in der Amygdala hielten, war in Wahrheit wohl nur der Blutfluss in einer Vene. Und viele der vermeintlich prickelnden Erkenntnisse über die lenkende Macht der Emotionszentrale stehen nun im Verdacht, auf krassen Fehlinterpretationen zu beruhen.

Es wäre eine ernsthafte Blamage für die internationale Hirnforschung - die zudem auf einer einzigen so sorgfältigen wie kritischen Studie beruht, welche vermeintlich gesichertes Wissen, das viele Meter Fachliteratur füllt, ins Wanken bringt. Diese soeben in den "Scientific Reports“ des renommierten Fachjournals "Nature“ publizierte Arbeit stammt von einem Wiener Forscherteam um den Medizinphysiker Ewald Moser. Professor Moser ist einer der Leiter des Exzellenzzentrums für Hochfeld-Magnetresonanz - und hat als solcher jenen Maschinenpark am Wiener AKH mitaufgebaut, der einer umfassenden Erforschung verschiedenster Erkrankungen und psychischer Phänomene dient. Zusammen mit den jungen Kollegen Roland Boubela, Klaudius Kalcher und weiteren Mitarbeitern, darunter Mediziner, Physiker und Statistiker, nahm Moser die scheinbar fantastischen Zusammenhänge zwischen emotionalen Reizen und behaupteten Erregungsmustern der Amygdala genau unter die Lupe. "Schwierig und langwierig“ sei die Arbeit gewesen, sagt Moser, und man müsse das Engagement und die Ausdauer der Doktoratsstudenten betonen, die "nicht der Verlockung schneller und positiver Ergebnisse erlegen sind“.

Aussagekraft von 2500 Studien höchst fragwürdig

Sonderlich positive Resultate bietet die Studie tatsächlich nicht, die im Wesentlichen aus zwei Teilen bestand: Zunächst unterzogen die Wiener Forscher 16 Personen einem Experiment, das typisch für die heute populären Messungen von Hirnaktivitäten ist: Die Probanden sahen einerseits Bilder von Gesichtern, die etwa Furcht ausstrahlten, andererseits neutrale geometrische Formen. Während sie diese verschiedenen Reize präsentierten, zeichneten die Forscher per Hirnscanner auf, wie das Neuronennetz der Versuchspersonen darauf reagierte - insbesondere, wie sehr jener Bereich tief im Gehirn auf die emotional stimulierenden Antlitze ansprach, in dem der Mandelkern sitzt. Zwecks höchstmöglicher Präzision verwendeten die Wissenschafter eine ganz moderne und empfindliche Technologie, die außerordentliche räumliche und zeitliche Auflösung gewährleistet - also in sehr schneller Abfolge auch winzigste Details registriert. Um sich jedoch nicht zum Vorwurf auszusetzen, nur dank besserer Technik abweichende Ergebnisse zu erzielen, werteten die Forscher in einer zweiten Etappe bereits bestehende Datensätze neu aus, die mit konventionellen fMRI-Apparaturen erstellt worden waren.

Doch egal, welche Methode man anwandte, wie man es auch drehte und wendete, das Ergebnis war stets gleich: Sämtliche registrierten Aktivitäten stammten nicht primär von der Amygdala, sondern von einem Blutgefäß namens Rosenthal-Vene, das in unmittelbarer Nähe verläuft. Folglich hatten die MR-Maschinen auch nicht die Reaktion unserer Emotionszentrale auf vor Angst entstellte Gesichter erfasst, sondern lediglich einen ablaufenden Blutfluss. Deshalb ist die Aussagekraft von rund 2500 Studien zu diesem Thema nun höchst fragwürdig.

Um zu verstehen, wie hier - offenbar fortgesetzte - Missinterpretationen auftreten konnten, muss man wissen, wie Hirnscans üblicherweise zustandekommen, und man muss sich ein wenig mit der Gehirnanatomie befassen. Zunächst ist es wichtig zu erwähnen, dass die Aktivität in einer beliebigen Hirnregion gar nicht direkt beobachtet werden kann. Die bekannten bunten Bilder beruhen auf indirekten Messungen: Wenn wir denken, verbraucht das Gehirn Energie. Diese Energie beziehen wir aus Glukose, also aus Zucker, der über die Arterien angeliefert wird, und um diesen zu verstoffwechseln, braucht es Sauerstoff. Aktivität in einem bestimmten Gehirnareal ist demnach mit höherer Energie an dieser Stelle verbunden - und mit einem Abfall der Sauerstoffsättigung aufgrund der Energieverbrennung. Genau diese Sauerstoffschwankung kann im MR-Scanner detektiert werden. Gerät also - theoretisch - die Amygdala aufgrund eines Angstreizes in Aufruhr, sinkt dort aufgrund der entsprechenden Aktivität der Sauerstoffgehalt, und wenn man diesen biochemischen Prozess farblich markiert, sieht man den Mandelkern "aufleuchten“.

Venen leuchten natürlich nicht beim Verbrennen von Hirnschmalz, aber sie sorgen für den Abfluss sauerstoffarmen Blutes (daher übrigens auch deren bläuliche Färbung), und zwar aus unterschiedlichen Hirnarealen, denen wiederum bestimmte kognitive Aufgaben zukommen. Im konkreten Fall dürften folgende Faktoren zum Tragen kommen: Die große Rosenthal-Vene windet sich um die Amygdala herum, umschlingt also quasi die Position des Mandelkerns. Die Grenzen zwischen den beiden sind unter Umständen gar nicht leicht zu erkennen, weil in der Neuroforschung im Regelfall nicht das Bild eines einzelnen Gehirns benutzt wird. Vielmehr legt man oft Dutzende Aufnahmen übereinander und gelangt zu einem Durchschnittswert. Diese Mittelungen aus vielen, aufgrund individueller Anatomie in Details voneinander abweichenden Gehirnen können dazu führen, dass die Übergänge zwischen den Hirnkomponenten "verschmieren“, wie Moser sagt. So blickt man dann auf eine Vene - und hält sie für die Amygdala.

Doch warum registriert man dort Signale, wenn Versuchspersonen zum Beispiel mit ängstlichen Gesichtern konfrontiert werden? Auch diese Frage können Moser und seine Kollegen beantworten: Die Rosenthal-Vene transportiert, ähnlich einem Kanal, Blut aus anderen Hirnzonen ab, darunter aus solchen, die an der Erkennung und Bewertung von Gesichtern beteiligt sind. Das bedeutet, dass die bisherigen Studien zwar auf indirektem Wege Hirnaktivität dokumentiert haben - allerdings eben nicht nur solche aus der Amygdala.

"Es wäre absurd, das einfach zu ignorieren"

Aber wie kann es sein, dass eine einzige Studie, die bloß etwas genauer auf längst bekannte Zusammenhänge blickt, so viele Experimente in Zweifel zieht? Moser nennt zwei Ursachen: eine handwerkliche und eine psychologische. Allzu oft werde das komplexe und weitverzweigte venöse System aus Gründen der Übersichtlichkeit einfach nachträglich aus den Bildern ausgeblendet - und damit die Chance, eine Verwechslung überhaupt zu bemerken. "Es gibt aber extrem viele Gefäße im Gehirn“, sagt Moser: "Es wäre absurd, das einfach zu ignorieren.“

Zweitens seien auch Wissenschafter keineswegs davor gefeit, reinem Wunschdenken aufzusitzen. Naturgemäß wollen Forscher, vielfach wohl unbewusst, dass sich vielversprechende Thesen durch Studien bestätigen - und sehen in deren Verlauf eher das, was sie auch sehen wollen. Sie hoffen auf positive Resultate, weil dies klarerweise befriedigender ist als ein Flop, aber auch deshalb, weil Fachzeitschriften vorwiegend positive Ergebnisse abdrucken. Dass ein Experiment nicht funktioniert hat oder eine Annahme widerlegt ist, findet generell und quer durch die Disziplinen selten Eingang in hochrangige Journale - ebenso wie die peinliche Erkenntnis, dass ein paar Tausend Forscher auf der ganzen Welt die Amygdala mit einer Vene verwechselten. "Es war gar nicht leicht, das zu publizieren“, berichtet Moser.

Als die Wiener Arbeit kürzlich doch erschien, fielen die Reaktionen gemischt aus. Manche zweifelten die Resultate an und verteidigten die eigenen vehement. Andere, vor allem Psychologen, zeigten sich hingegen interessiert und einsichtig hinsichtlich der Bewertung bisheriger Studien. Vielleicht war manch ein Psychologe oder Psychotherapeut auch gar nicht so unglücklich mit der Kernaussage der Wiener. Denn zuletzt hatte man fast den Eindruck gewinnen können, die klassische Psychologie, die Beurteilung des einzelnen Patienten im therapeutischen Gespräch sei dank hochpräziser und untrüglicher maschineller Vermessung unserer Nervenbahnen allmählich obsolet. Und nun das: Plötzlich wird die wachsende Selbstsicherheit der Neuroforscher, das blinde Zutrauen in Leistungsfähigkeit und Aussagekraft der Hightech-Apparaturen ordentlich erschüttert - wenn auch nicht wegen eines Versagens der Technik, sondern aufgrund irriger Interpretationen der dabei gesammelten Daten.

Freilich legt Moser Wert auf die Feststellung, dass er und seine Kollegen keineswegs die Absicht gehabt hätten, die internationale Hirnforschung frontal anzugreifen: "Wir sagen nur: Passt bitte auf und schaut euch eure Daten genauer an.“ Immerhin habe man, konstruktiv betrachtet, nun auch Argumente und Werkzeuge geliefert, sodass nun jeder Wissenschafter die Möglichkeit habe, bisherige Ergebnisse neuerlich zu überprüfen. Insofern handle es sich auch nicht um ein endgültiges Desaster für die Neuroforschung, sondern um die Chance zur Korrektur bisheriger Übertreibungen und Verzerrungen. Zudem würden ja nicht die Funktion und Bedeutung der Amygdala als solche infrage gestellt - dass ihr eine wichtige Rolle im humanen Emotionshaushalt zukommt, bleibt unbestritten und ist auch anderweitig gut belegt, etwa durch elektrophysiologische Methoden.

Auf einer Metaebene könnte man die ganze Episode überhaupt positiv sehen: Schließlich zeigt sie eindrucksvoll, dass Wissenschaft permanent auf dem Prüfstand steht und die Validität ihrer Erkenntnisse immer wieder unter Beweis stellen muss - und dass diese gnadenlos in Diskussion geraten, sobald jemand plausibel den experimentellen Gegenbeweis antritt.