Verborgene Zustände des Gehirns

Warum gibt es ¨¹berhaupt Emotionen? Klaas Enno Stephan, Professor an der ETH und der Universit?t Z¨¹rich muss weit ausholen, um diese Frage zu beantworten: ?Mir scheint es sehr plausibel, dass Emotionen dazu da sind, unbewusste Prozesse, die im K?rper ablaufen, bewusst zu machen.? Der Mediziner interessiert sich in seiner Forschung unter anderem f¨¹r das Zusammenspiel von Gehirn und K?rper. Er macht ein Beispiel: Beim Anblick von Nahrung sch¨¹ttet der K?rper Insulin aus ¨C noch vor dem ersten Bissen und dem Anstieg des Blutzuckerspiegels. ?Wir steuern diese k?rperliche Reaktion aber nicht bewusst?, sagt Stephan.

Unser Gehirn zieht permanent Schl¨¹sse aus der Umwelt und aktualisiert sie laufend. ?Das Gehirn baut Modelle der Welt und macht daraus Vorhersagen?, erkl?rt Stephan. Mehr noch: Basierend auf den Vorhersagen f¨¹hrt es Kontrollhandlungen aus, wie beispielsweise die Insulinaussch¨¹ttung vor dem Essen. ?Das Gehirn hat dabei ein ¨¹bergeordnetes Ziel: den K?rper in Hom?ostase zu halten?, so der Mediziner. Hom?ostase bezeichnet das Gleichgewicht wichtiger K?rperfunktionen wie Blutzuckerspiegel, Thermoregulation, Blutdruck oder S?ure-Basen-Haushalt. Ger?t dieses Gleichgewicht ins Wanken, greift das Gehirn regulierend ein ¨C meist unbemerkt.

Befinden wir uns aber in einer akuten Bedrohungssituation, die die Hom?ostase gef?hrdet, ist es sinnvoll, dies auch auf bewusster Ebene wahrzunehmen. ?Es ist sehr plausibel, dass Emotionen Zust?nde des Bewusstseins sind, die mit ganz bestimmten Handlungen vergesellschaftet sind, um die K?rperfunktionen zu erhalten?, sagt Stephan. ?Angst beispielsweise macht uns auf der bewussten Ebene klar: Hier sind Gef?hrdungen, auf die wir jetzt bedingungslos reagieren m¨¹ssen.?

Erwartungsmanagement

Doch Angst ist nicht immer nur akut. Es gibt Menschen, die leiden dauerhaft unter erh?hter Angst. Eine Erkl?rung daf¨¹r k?nnten zu genaue Vorhersagen sein. ?Baut mein Gehirn ein Modell, das erwartet, dass mein Herz absolut regelm?ssig schl?gt, wird diese Erwartung beim Abgleich mit der Realit?t nicht erf¨¹llt. Dies l?st Angst aus.? Schon kleinste, nat¨¹rliche

Abweichungen werden dann als bedrohlich erlebt und der gesunde K?rper wird st?ndig als in Gefahr wahrgenommen. Die Hom?ostase scheint im Ungleichgewicht und es kommt zu Kontrollhandlungen. Aber durch den Versuch, das Herz zu kontrollieren, schl?gt es nur noch schneller und unregelm?ssiger. Eine Negativspirale, beschleunigt durch den Sympatikus, jenen Teil des Nervensystems, der in Stresssituationen Kr?fte mobilisiert.

Mit einem raffinierten Experiment konnten Stephan und seine Kollegin Olivia Harrison die Theorie best?tigen, dass bei erh?hten ?ngsten in einer bestimmten Hirnregion, der vorderen Insel, die Vorhersagen ¨¹ber K?rperzust?nde ¨¹berm?ssig genau sind. Dazu untersuchten die Forschenden mittels funktioneller Magnetresonanz-Tomografie, (fMRI) Proband:innen mit unterschiedlicher Angstneigung. Die Teilnehmenden lagen im MRI-Scanner und mussten durch eine Art Schnorchel atmen, mit dem der Atemwiderstand pl?tzlich erh?ht werden konnte. In einem ersten Schritt lernten sie, dass die Anzeige bestimmter Bilder vorhersagte, ob sie normal einatmen konnten oder der Atemwiderstand unangenehm erh?ht wurde. In einem n?chsten Schritt wurde die Beziehung zwischen Bildern und Atemwiderstand umgekehrt. Mithilfe mathematischer Modelle konnten die Forschenden untersuchen, inwieweit die gemessene Hirnaktivit?t die gelernten Erwartungen und ihre Ver?nderungen widerspiegelten. Tats?chlich liessen sich die Signale f¨¹r die Genauigkeit der Vorhersage in der vorderen Insel lokalisieren, und die Aktivit?t dieser Hirnregion unterschied sich bei Menschen mit verschiedenen Angstneigungen.

Grundlegende Mechanismen

?Unser Ziel ist immer die klinische Anwendung?, h?lt der Mediziner fest. Stephan betont, dass psychische Erkrankungen nur basierend auf den Symptomen diagnostiziert werden. ?In der Psychiatrie fehlen schlichtweg Messverfahren oder quantitative Tests, um die Ursachen oder die Mechanismen aufzuschl¨¹sseln.? Ein vielversprechender Ansatz seien aber mathematische Modelle, mit denen man aus gemessener Hirnaktivit?t die St?rke verborgener, das heisst nicht direkt messbarer Zust?nde von Nervenzellpopulationen zu berechnen versucht. Prinzipiell k?nnten mit solchen Modellen m?gliche biologische Mechanismen von Erkrankungen erkannt werden, wie beispielsweise Ver?nderungen in der St?rke bestimmter synaptischer Verbindungen.

?Wir k?nnen solche Modelle auch auf konkrete klinische Probleme anwenden und f¨¹r individuelle Vorhersagen nutzen?, sagt Stephan. Ein Beispiel ist eine fMRI-Studie, bei der Patient:innen mit einer Depression Bilder von Gesichtern verschiedener Emotionen pr?sentiert bekommen. Mithilfe eines mathematischen Modells, wie einzelne Hirnregionen bei der Wahrnehmung emotionaler Gesichter miteinander kommunizieren, konnte mit einer 80-prozentigen Wahrscheinlichkeit individuell vorausgesagt werden, ob sich jemand binnen zwei Jahren von der Depression erholt oder noch chronisch depressiv ist.

Noch sind die Verfahren aus Stephans Labor nicht bereit f¨¹r den Einsatz in der Praxis. Sein Antrieb bleibt indes ungebrochen: ?Mit den mathematischen Modellen verschaffen wir uns Zugang zu den verborgenen Zust?nden des Gehirns.?