Psychopathie.

aus scinexx

Psychopathen: Testosteron macht es schlimmer
Gestörte Verbindung: Bei Psychopathen ist die Verbindung zwischen dem Kontrollzentrum im Stirnhirn und dem Gefühlszentrum gestört, wie ein Experiment nun nahelegt. Das erklärt, warum diese Menschen zwar kein Mitgefühl empfinden, aber durchaus Wutanfälle und andere Gefühlsausbrüche bekommen können. Interessant auch: Das Geschlechtshormon Testosteron scheint die Störung dieser Kontrolle sogar noch zu verschlechtern.

Sie gelten als gefühlskalt und berechnend: Psychopathen empfinden gängiger Ansicht nach selbst kaum Emotionen und sind unfähig, mit anderen mitzufühlen. Ihre verringerte Fähigkeit zur Empathie verrät sich unter anderem daran, dass sie seltener vom Gähnen anderer angesteckt werden und auch ihre Spiegelneuronen

Woher kommen die Ausbrüche?

Doch wie sich zeigt, macht nicht nur die vermeintliche Gefühlskälte Psychopathen besonders häufig zu Mördern oder Totschlägern – es sind im Gegenteil zu viele Emotionen. Denn diese Menschen fühlen durchaus Wut oder Angst, es fehlt aber die Kontrolle und Dosierung. Als Folge rasten sie im falschen Moment aus.

Warum das so ist, haben nun Karin Roelofs von der Radboud Universität und ihre Kollegen in einem Experiment näher untersucht. Ihr Verdacht: Bei Psychopathen könnte die Verbindung von präfrontalem Cortex und dem Gefühlszentrum, der Amygdala gestört sein. Denn normalerweise sorgt diese Verschaltung dafür, dass unser rationales Entscheidungszentrum im Stirnhirn die Gefühlsausbrüche der Amygdala mäßigt.

Um das zu überprüfen, führten die Forscher ein Experiment mit 15 kriminellen Psychopathen durch, die in einer forensischen Psychiatrie einsitzen. Die Probanden erhielten einen Joystick und ihnen wurden Bilder von fröhlichen oder wütenden Gesichtern gezeigt, während ihre Hirnaktivität mittels funktioneller Magnetresonanz-Tomografen gemessen wurde.

Die Amygdala ist ein Zentrum für die Gefühlsverarbeitung im Gehirn

Verbindung gestört

Der Clou daran: Bei solchen Bildern besteht die unbewusste Tendenz, den Joystick bei fröhlichen Gesichtern zu sich und bei wütenden von sich weg zu ziehen, wie die Forscher erklären. Im ersten Durchgang ermittelten sie die Reaktionszeit für diese unbewusste Reaktion. Im zweiten Test bekamen die Probanden die Aufgabe, den Joystick bewusst gegen den Reflex zu bewegen - also zu sich hin beim wütenden Gesicht und von sich weg beim fröhlichen.

Das Ergebnis: "Bei den Psychopathen haben wir signifikant weniger Aktivität zwischen dem präfrontalen Cortex und der Amygdala beobachtet als bei gesunden Kontrollprobanden", berichtet Roelofs. "Bei ihnen gibt es offensichtlich weniger Kommunikation zwischen den Kontroll- und Emotionszentren." Diese mangelnde Verbindung könnte die impulsiven Gefühlsausbrüche von Psychopathen erklären.

Testosteron wirkt mit

Aber das Experiment zeigte noch etwas: Je mehr Testosteron das Blut der psychopathischen Probanden enthielt, desto ausgeprägter war die Verbindungsstörung in ihrem Gehirn. Das männliche Geschlechtshormon scheint demnach zu beeinflussen, wie stark ein Psychopath unter unkontrollierten Gefühlsausbrüchen leidet.

"Dieser neuro-hormonelle Zusammenhang unterstreicht, wie wichtig es ist, den Testosteronspiegel von psychopathischen Patienten oder Straftätern zu bestimmen", betonen die Forscher. Denn er gebe einen Hinweis darauf, wie gravierend die Störung sei und auch, welche Behandlung erfolgversprechend sein könnte.

Auf Basis dieser Erkenntnis könnte es sogar sein, dass das Risiko für Wutanfälle und Ausraster sich über eine Hormontherapie vermindern ließe. Denn wenn man den Spiegel des Geschlechtshormons absenkt, dann verbessert sich offenbar auch die regulierende Verbindung zwischen Stirnhirn und Amygdala wieder. Ob und wie das funktionieren könnte, muss jedoch noch untersucht werden. (eNeuro, 2016; doi: 10.1523/ENEURO.0107-15.2016)

(Radboud University, 22.01.2016 - NPO)

Semantisches und episodisches Gedächtnis.

Wieslaw Smętek©

aus derStandard.at, 6. Jänner 2016, 05:30

Das Gehirn hat weit schnelleren Zugriff auf Erinnerungen als gedacht 
Statt der biblischen Zeitspanne von etwa einer halben Sekunde reichen schon 100 bis 200 Millisekunden 

Bochum – Erinnerungen an Erlebtes kann das Gehirn offenbar weit schneller abrufen als bisher angenommen: Die sensorischen Hirnbereiche werden binnen 100 bis 200 Millisekunden aktiv, berichten Neurowissenschafter der Universitäten Konstanz und Birmingham nach einer Reihe von Experimenten im "Journal of Neuroscience". 

Hintergrund 

Bei Erinnerungen an Erlebtes sind im Gehirn zum großen Teil dieselben Areale aktiv wie beim Abspeichern dieser Erlebnisse. Jede episodische Erinnerung ist einzigartig und an einen bestimmten Ort und Zeitpunkt gebunden. Im Erinnerungsprozess werden die Sinnesinformationen reaktiviert – also zum Beispiel Areale des Sehsinns wieder aktiv. Angenommen wurde, dass das Gehirn länger nach Erinnerungen im Hippocampus suchen müsse. 

"Wir gingen bisher von etwa einer halben Sekunde aus. Das ist in den Dimensionen der Gehirntätigkeit sehr lang", sagte Gerd Waldhauser, der inzwischen an der Ruhr-Universität Bochum forscht. Doch er kam mit seinen Kollegen auf ein Fünftel bis weniger als die Hälfte. 

Die Untersuchung 

Die Wissenschafter baten Probanden zunächst, sich bestimmte Objekte möglichst genau einzuprägen. Später wurden die Erinnerungen wieder abgefragt. Als Analysemethode wurde die Elektroenzephalografie (EEG) verwendet, bei der aus Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche mit hoher zeitlicher Auflösung auf die Aktivität einzelner Hirnbereiche geschlossen werden kann. "Man hat gedacht, dass das Gehirn eine Weile braucht, um im Hippocampus – einer wichtigen Region für das Langzeitgedächtnis – danach zu suchen", erklärte Simon Hanslmayr von der Universität Birmingham. "Unsere Ergebnisse rütteln an dieser Vorstellung, denn sie zeigen eine sehr schnelle Reaktion des Gehirns." Erste Hinweise darauf hätten zuvor bereits andere Studien ergeben. 

Episodisches und semantisches Gedächtnis 

Gerade diese frühen [?] Prozesse seien entscheidend für das erfolgreiche Erinnern an ein Geschehen, fanden die Forscher zudem heraus. Hemmten sie die frühe Reaktivierung mit sogenannter transkranieller Magnetstimulation (rTMS), störte das den Abruf der Erinnerungen. "Die Ergebnisse helfen uns, das episodische Gedächtnis, also die Erinnerung an Erlebnisse des Menschen, besser zu verstehen", erklärte Waldhauser. Im Unterschied dazu speichert das semantische Gedächtnis Fakten* – wie zum Beispiel, dass Paris die Hauptstadt von Frankreich ist. 

Einen Nutzen könne möglicherweise die Psychiatrie haben, so die Forscher. "Es wäre hilfreich, in den Abruf von Erinnerungen eingreifen zu können, zum Beispiel bei Menschen mit posttraumatischen Belastungsstörungen, die von wiederkehrenden unerwünschten Erinnerungen geplagt werden", so Waldhauser. Womöglich könne man in Zukunft einmal gezielt gegen diese immer wieder auftretenden Bilder vorgehen – allerdings seien zunächst weitere Studien nötig. (APA, red.)

Link
Journal of Neuroscience


*Nota. - Semantisch heißt dieser Teil des Gedächtnisses, weil darin Zeichen - gr. semai - gespeichert sind; nein, eben nicht die Zeichen, sondern ihre Bedeutung, die freilich nur durch Zeichen im Gedächtnis ver-zeichnet werden können. Die Bedeutungen sind ohne Raum und Zeit. Der Weg zu ihnen muss im Gedächt-nis über verwandte Bedeutungen gesucht werden, während die Erinnerungen des episodischen Gedächtnis über ähnliche Bilder aufgefunden werden.
JE

Begriffe vor der Sprache?

aus Die Presse, Wien, 9. 1. 2016

Die universellen Begriffe der Menschen im Gehirn
Es gibt Tausende Sprachen. Jede kennt Begriffe, die für die Kommunikation und die evolutionäre Entwicklung des Denkens essenziell sind. Eine Datenbankenanalyse zeigt, wo diese im Gehirn abgespeichert sind.

Mama, Papa, oben, unten, eins, zwei, vier, wenige, viele, ich, mich, du, dich sind Begriffe, die in allen Sprachen der Menschen vorkommen. Nicht immer steht ein Wort oder ein Laut für einen Begriff. In manchen Sprachen braucht es Wortkombinationen, um diese Begriffe auszudrücken. Dennoch gibt es in Tausenden untersuchten Sprachen etwa 60 Bezeichnungen, die überall vorkommen. Es handelt sich hier um die wichtigsten Ausdrücke der Kommunikation.

Das bedeutet zudem, dass es Sprachfunktionen gibt, die für jeden Menschen auf der Welt, an jedem Ort und zu jeder Zeit essenziell sind, waren und sein werden: „Schon vor Tausenden Jahren war und in Tausenden Jahren wird die kleine Liste aus etwa 60 Begriffen für die Menschen relevant sein“, sagt Guilherme M. de O. Wood, Neuropsychologe der Karl-Franzens-Universität Graz. In dem von der Uni Graz finanzierten, unkonventionellen Forschungsprojekt „Genetische und evolutionäre Aspekte des Denkens“ will er gemeinsam mit seinem holländischen Mitarbeiter Jan Willem Koten herausfinden, wo diese Begriffe im Gehirn neuronal vernetzt sind.

Begriffe fördern das Denken

Das sei wichtig, da diese Begriffe das Denken erst möglich machten. Diese seien womöglich schon vor der Entwicklung von Sprachen da gewesen. Das habe der Menschheit in der Evolution einen Vorteil gebracht: Sobald diese Begriffe ausgedrückt werden konnten, vermittelten Menschen Zusammenhänge, Verhältnisse und komplexe Sachverhalte. Das habe die Möglichkeit eröffnet, sich in Gesellschaften zu organisieren sowie genau und effizient Informationen auszutauschen: „Ohne diese Begriffe wäre die Kommunikation ineffizient, ohne diese Begriffe gäbe es keine relevante Botschaft“, sagt der Projektleiter Wood. Das hieße zudem, dass die Menschen weltweit und zu allen Zeiten irgendwie miteinander verbunden waren.

Die Forscher untersuchen nun die genetische Korrelation. Dazu müssen sie wissen, um welche Gene es sich handelt, denn eine gewisse Anzahl von Genen muss sich daran beteiligt haben, wenn sich diese Begriffe konsistent über Zeit und Raum sowie in alten und modernen Kulturen in „unseren“ Köpfen eingemeißelt haben. Die Forscher wollen wissen, welche Netzwerke geschaltet werden, welche Grundgesamtheit an Gehirnregionen aktiviert werden, wenn die Begriffe verwendet werden. Am Ende sollen Grundkategorien beim Denken gefunden werden, die universell für alle Menschen sind.

Schon René Descartes und Gottfried Wilhelm Leibniz diskutierten darüber, ob es in der Philosophie und Metaphysik universelle Begriffe braucht und gibt. Darüber wird noch heute gestritten. Wood will nun erstmals empirische Daten für die Philosophen liefern.

Dazu analysiert er riesige Datenbanken. Erstens durchsucht er die Literatur, wo Kernbegriffe vorkommen. Zweitens speist er bereits abgedruckte Gehirnbilder in einen Computer ein, der dann betroffene Regionen herausfiltert.

Eine molekulare Datenbank aus den USA liefert ihm drittens vergrößerte Aufnahmen, die das Gehirn in Gewebe auflöst, die DNA zählt und vergrößert und jedes Gen untersucht. Wood sieht sich viertens ein Zwillingsregister aus Holland an, das Genome, Gehirnstrukturen und EEG-Daten Zehntausender Zwillinge gespeichert hat. Der Vergleich aller Daten ist der letzte Schritt des Projektes, das noch zwei Jahre lang läuft. (por)

Nota. - Die faktische Universalität einzelner Begriffe gibt nur Auskunft über deren Nützlichkeit im Verlauf der Gattungsevolution. Über deren "Wahrheit" sagt sie aber nichts. Eingeboren mögen sie sein, aber histo-risch zufällig sind sie doch. 

Doch dass die Menschen zu allen Zeiten weltweit irgendwie miteinander verbunden waren, beweist sie schon gar nicht. Denn entweder könnten sie schon aus Afrika mitgebracht worden sein, oder es hätte, da sich die menschlichen Kooperationsweisen zunächst nicht wesentlich unterschieden, überall ähnliche 'Sachverhalte' geben können, die ähnlich abgebildet werden mussten; das hätte an allen Orten parallel geschehen können.
JE

An der Grenze der Wissenschaftlichkeit: Biomedizin.

aus Die Presse, Wien, 5. 1. 2016

Wer hütet den Hort der Intransparenz? Die Biomedizin!
Ausgerechnet auf dem Feld, auf dem es um Leben und Tod geht – und um enorm viel Geld –, zeigen sich so frappante wie enorme Defizite der Forschungspraxis, sowohl bei Tierversuchen wie auch ganz generell. Das Journal „PLos Biology“ reagiert mit Erforschung der Forschung.

Von Jürgen Langenbach

Wenn etwas für Faktentreue, Transparenz und Nachvollziehbarkeit steht, dann ist das die Naturwissenschaft mit ihren Experimenten. Da liegt alles klar zutage, da spielen keine persönlichen Eigenheiten oder gar Interessen hinein – zum Beleg lässt man in manchen Labors noch das Individuum in weißen Kitteln verschwinden –, da wird jeder Schritt säuberlichst dokumentiert und der interessierten Öffentlichkeit oder zumindest den Fachkollegen zugänglich gemacht.

So weit das Bild, mit der Realität hat es wenig zu tun: Im Extrem werden Daten schlicht „fabriziert“, gern auch Fotos. Das sind dann die großen Betrugsfälle: Karl Illmensee erfand in den Achtzigern geklonte Mäuse, Jan Hendrik Schön ersann in den Neunzigern reihenweise Mirakel der Physik, der Südkoreaner Hwang übermittelte 2004 der Welt die Sensation, ihm seien embryonale Stammzellen des Menschen gelungen.

• Wissenschaft ist öffentliches Wissen, punctum.

All das fiel irgendwann doch auf, die Korrekturkraft ist groß in den Naturwissenschaften. Aber die Verführungen und Zwänge sind es auch: 2005 fragte Nature die Biomediziner unter seinen Lesern, ob sie schon wissenschaftliches Fehlverhalten („miscoduct“) begangen haben, unter diesem Begriff wurden „Fabrizieren, Fälschen und Plagiieren“ zusammengefasst: 7,4 Prozent bekannten Plagiate, 5,3 Prozent hatten Unpassendes aus Publikationen gestrichen oder die Publikation gleich ganz unterlassen, 0,5 Prozent hatten etwas fabriziert (435, S. 737).

„Where have all the rodents gone?“

Das alles kam unter dem Druck des „publish or perish“ – „veröffentliche oder verrecke“ –, all das geschah aber auch unter zu wenig wachen Augen der Kollegen und Journal-Herausgeber. Die sind in der letzten Zeit vorsichtiger geworden, es gibt nun etwa Software zum Aufspüren von Plagiaten. Aber auch die kann nur sehen, was da ist. Und da ist etwa wieder in der Biomedizin bzw. bei ihren Tierversuchen so wenig, dass Ulrich Dirnagl (Charité Berlin) seinen jüngsten Befund nur mit Galgenhumor quittieren kann: „Where have all the rodents gone?“ (PLoS Biology 4. 1.). So betitelt Dirnagl eine Analyse von 100 Publikationen mit 521 Experimenten zu Hirnschlag und Krebs, durchgeführt an Mäusen. Oft werden sie in Paaren zu je acht getestet, die einen erhalten den Wirkstoff, die anderen dienen der Kontrolle.

Bei klinischen Tests an Menschen ist es im Grunde genauso, und dort ist es ganz selbstverständlich, dass die Zahl der Versuchsteilnehmer dokumentiert wird, bis zum Ende, es können Probanden ausfallen, im schlimmsten Fall durch Exitus. Bei Versuchsmäusen ist das alles andere als selbstverständlich: In zwei Drittel der von Dirnagl gesichteten Studien ist unklar, wie viele Tiere im Lauf des Experiments ausfielen/ausgeschieden wurden. Und schon der Ausfall eines einzigen Tiers kann das Ergebnis beeinflussen, zu falschen positiven Befunden führen.

Dirnagl rechnet es ausführlich vor und schließt, dass in Publikationen ohne ausgewiesene Tierzahlen „die Effekte (getesteter Substanzen) vermutlich überschätzt werden“. – Was Dirnagl im Einzelfall demonstriert, dem geht Johan Ioannidis (Stanford) seit Jahren systematisch nach. Er äußerte schon den Verdacht, dass die Mehrzahl der Befunde der Wissenschaften falsch ist (PLoS Medicine e124), er hat nun 441 biomedizinische Fachartikel von 2000 bis 2014 daraufhin angesehen, wie es um Transparenz und Reproduzierbarkeit bestellt ist: Nicht eine Publikation lieferte alle Daten, eine einzige hatte ein vollständiges Protokoll des Experiments.

Immerhin: Verbessert hat sich die Auskunft über mögliche Interessenkonflikte. Hinweise darauf – auf Geld der Pharmaindustrie etwa – sind häufiger geworden, finden sich aber just bei Beiträgen zur klinischen Medizin nur halb so oft wie andernorts.

Auch das steht in PLoS Biology, und die Herausgeber ergänzen in einem Editorial, dass es nicht nur um Moral geht – eine Schätzung beziffert den Schaden schleißiger Praxis in der Biomedizin auf 85 Prozent des investierten Geldes: 200 Milliarden Dollar weltweit pro anno – und führen ein neues Forschungsfeld ein, das den anderen auf die Finger bzw. Daten sieht: „Meta-Research“.

Dein Wille ist freier als du denkst, III.

aus scinexx

Wie frei ist unser freier Wille?
"Fernsteuerung" durch unbewusste Hirnprozesse reicht weniger weit als gedacht
Unser freier Wille reicht weiter als bisher angenommen: Selbst wenn unser Unbewusstes schon eine Entscheidung gefällt hat, können wir sie noch umstoßen, wie ein Experiment nun belegt. Unser Bewusstsein hat demnach doch noch ein Vetorecht und wird nicht einfach von unbewussten Prozessen ferngesteuert, wie es einige Studien andeuteten. Allerdings: Es gibt trotzdem einen Punkt, ab dem es kein Zurück mehr gibt, wie die Forscher herausfanden.

Wie frei sind wir in unseren Entscheidungen? Werden wir von unserm Gehirn bloß ferngesteuert? Diese Frage beschäftigt Hirnforscher, Psychologen und Philosophen schon seit den 1980er Jahren. Denn damals zeigte ein Experiment, dass unser Gehirn Entscheidungen vorwegnimmt: Noch bevor wir uns bewusst sind, wie unsere Wahl ausfallen wird, aktiviert das Gehirn Schaltkreise für eine der beiden Möglichkeiten – dies ist an Messungen der Hinströme ablesbar.

• Das Libet-Experiment und die Freiheit, nein zu sagen.

Wie aber kann es sein, dass unser Gehirn schon vorab weiß, wie wir uns entscheiden werden – bevor es bewusst passiert? Der Nachweis dieser Hirnreaktion gilt seither als Argument dafür, dass der freie Wille eine Illusion ist. Denn offenbar werden unsere Entscheidungen durch unbewusste Hirnmechanismen erzeugt und nicht durch unser bewusstes Ich gesteuert – oder doch nicht?

Wer ist am Steuer: das Ich oder das Unbewusste?

John-Dylan Haynes vom Bernstein Center for Computational Neuroscience der Charité in Berlin und seine Kollegen haben diese Frage nun neu aufgerollt. "Unser Ziel war herauszufinden, ob mit dem Auftreten der frühen Hirnwellen eine Entscheidung automatisch und unkontrollierbar erfolgt, oder ob sich der Proband noch umentscheiden kann, also ein Veto ausüben ", erklärt Haynes.

Hirnduell mit Computer: Proband während des Experiments 

Für das Experiment saßen Probanden vor einem Bildschirm, auf dem zuerst ein grünes Licht leuchtete, dann nach einem unberechenbaren Zeitraum auf Rot wechselte. Aufgabe war es, irgendwann im grünen Zeitraum auf einen Fußschalter zu treten, auf keinen Fall aber im roten Zeitraum. Während des Versuchs trugen die Teilnehmer eine Elektrodenkappe, über die ihre Hirnströme abgeleitet wurden.

Ein Veto geht trotzdem noch

Der Sinn dahinter: Die Forscher wollten herausfinden, ob die Teilnehmer die Bewegung noch stoppen konnten, nachdem in ihrem Gehirn bereits das typische Muster der Bereitschaft aufgetreten war. Um diese Umentscheidung möglichst oft herbeizuführen, trickste der Computer die Probanden aus: Er schaltete absichtlich immer dann auf Rot, wenn das EEG anzeigte, dass sich im Gehirn der Teilnehmer die Entscheidung für die Bewegung angebahnt hatte.

Und tatsächlich: Mit dem plötzlichen Umschlag des Lichts von grün nach rot konfrontiert, schafften es die Probanden, ihre Entscheidung noch zu ändern. Selbst wenn ihr Gehirn bereits Vorbereitungen für die Fußbewegung anzeigte, blieb die Bewegung aus. "Sie waren dazu in der Lage, aktiv in den Ablauf der Entscheidung einzugreifen und eine Bewegung abzubrechen", erklärt Haynes. "Die Probanden sind den frühen Hirnwellen demnach nicht unkontrollierbar unterworfen."

Ab 200 Millisekunden gibt es kein Zurück mehr

Allerdings gibt es trotzdem einen "Point of no return": Erfolgte die Umentscheidung weniger als 200 Millisekunden vor Beginn der Bewegung, dann konnten die Probanden ihre Bewegung nicht mehr stoppen. Ab diesem Punkt läuft die Kaskade der Befehle an die Muskeln vollautomatisch ab und kann nicht mehr unterbrochen werden. Die einzige Einflussmöglichkeit, die wir dann noch haben, ist eine Modifikation, indem wir beispielsweise den Fuß neben den Schalter treten statt darauf.

Dennoch sehen die Forscher ihre Ergebnisse als wichtiges Zeichen dafür, dass wir keineswegs von unserm Gehirn ferngesteuert sind: "Dies bedeutet, dass die Freiheit menschlicher Willensentscheidungen wesentlich weniger eingeschränkt ist, als bisher gedacht", betont Haynes. Bis unmittelbar vor dem bewussten Ausdruck der Entscheidung können wir uns noch anders entscheiden als unser Gehirn es vorgibt. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015; doi: 10.1073/pnas.1513569112)

(Charité – Universitätsmedizin Berlin / PNAS, 21.12.2015 - NPO)



Nota. - "...können wir uns noch anders entscheiden, als unser Gehirn es vorgibt" - woll'n sie uns verblöden? Bin ich ein anderer als mein Gehirn? Wer entscheidet sich da 'anders', wenn nicht 'mein Gehirn' selbst? Die Hype um die Hirnforschung dauert nun schon anderthalb Jahrzehnte, und im Wissenschaftsmagazin scinexx kann immer noch solcher Blödsinn erscheinen!

Es gibt keinen Homunculus im Kopf, keinen Chefdirigenten, keine höchste Instanz. Was in unserm Zen-tralorgan vor sich geht, ist ein systemischer Prozess, da greifen viele Impulse ineinander, sie alle sind 'Ich', aber ich bin der, der schließlich übrigbleibt und sagen muss: Das habe ich getan.
JE

Das Auge des Rotkehlchens und das Grinsen von Schrödingers Katze.

Schrödingers Katze, in einem Wiener Experiment: Es gelang, dieses Objekt mit Licht abzubilden, das gar nicht mit ihm in Berührung gekommen ist. 

aus Die Presse, Wien, 20. 12. 2015

Quanten als Feenstaub
Spielen seltsame Effekte der Quantenphysik fürs Leben eine Rolle? Prägen sie gar das Hirn? Eine Gratwanderung zwischen Physik, Biologie und Fantasie.

von Thomas Kramar

„Your Quantum Brain“ titelte der New Scientist unlängst, die Unterzeile las sich noch wilder: „Does Weird Physics Control Your Thoughts?“ Das mag verdächtig nach dem Schindluder klingen, den Esoteriker mit der Quantenphysik treiben, wenn sie etwa Telepathie oder Wunderheilungen mit ihr erklären wollen. Doch der englische New Scientist, nach dem Scientific American die bekannteste populärwissenschaftliche Zeitschrift der Welt, liebt zwar knallige Titel und knackige Formulierungen, ist aber durchaus seriös. Und so nähert er sich der geschilderten These – das Hirn macht sich spezielle Quanteneffekte zunutze – mit Skepsis. Anders gesagt: mit dem bewährten Instrument namens Ockhams Rasiermesser.

Dieses Prinzip geht auf den Spätscholastiker Wilhelm von Ockham zurück und sagt: Man ziehe die einfachste Erklärung vor, für die man möglichst wenig Zusatzannahmen braucht! In unserem Fall: Begnügen wir uns doch mit den ganz klassischen Möglichkeiten eines komplizierten Geflechts von Milliarden Nervenzellen! Allgemeiner: Begnügen wir uns doch mit der ganz normalen Chemie, sie ist erstaunlich genug. Und sie fußt, was wir oft vergessen, auf der Quantentheorie. Mit klassischer Physik könnte man nicht einmal erklären, dass Atome stabil sind, eine rein klassische Welt wäre farblos – weil die Farben von Stoffen darauf beruhen, dass nur bestimmte Quantensprünge erlaubt sind – und formlos: ein fades Gas. Um die ganz alltäglichen chemischen Reaktionen zu erklären, braucht man erst recht die Quantentheorie.

Doch deren Interpretation strapaziert unseren Verstand ähnlich wie die Relativitätstheorie unsere Anschauung. So wie wir uns einen in sich gekrümmten dreidimensionalen Raum nicht vorstellen können, so können wir nur akzeptieren, nicht begreifen, dass z. B. ein Elektron zwar ein Teilchen, aber auch eine Welle ist – und als solche an zwei Orten zugleich sein kann. Dass ein Atom, solange man es nicht beobachtet, sich in einer Überlagerung aus den Zuständen „zerfallen“ und „nicht zerfallen“ befinden kann. (Schrödingers Katze heißt das Fabeltier, das entsprechend in einer Überlagerung aus den Zuständen „tot“ und „lebendig“ sein kann.) Oder dass zwei weit voneinander entfernte Objekte so miteinander verbunden – „verschränkt“ – sind, dass sie einander ohne Verzögerung beeinflussen, anscheinend (oder scheinbar?) das Gesetz verletzend, dass keine Information schneller als mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden kann.

Lithium für Ratten. 

Matthew Fisher, theoretischer Physiker in Santa Barbara, glaubt, dass genau diese Verschränkung in der Wechselwirkung der Nervenzellen eine Rolle spielt. Dazu beruft er sich auf ein Experiment aus dem Jahr 1986, dessen Ergebnis tatsächlich verblüfft, wenn's denn stimmt. Ratten wurden mit Lithium – das ja bei Menschen als Psychopharmakon, z. B. gegen Depressionen dient – gefüttert. Und zwar einmal als Isotop ⁶Li und einmal als ⁷Li: Die Wirkung sollte sich eigentlich nicht unterscheiden, sie tat's angeblich doch: Mit ⁶Li gefütterte Ratten wirkten viel aktiver. Das kann, meint Fisher, nur an den unterschiedlichen Spins der Atomkerne liegen – und an deren Verschränkung. Ähnliches traut er den Phosphoratomen in bestimmten (anorganischen) Molekülen zu, und hier wird die Sache schon sehr fantastisch.

Fisher steht damit in den Fußstapfen eines großen Kollegen, des theoretischen Physikers Roger Penrose, der 1994 das Buch „Schatten des Geistes“ veröffentlicht hat und seither das Bewusstsein aus – noch dazu durch Gravitation bewirkten – Quanteneffekten in den Mikrotubuli der Zellen erklären will. Diese röhrenartigen Strukturen finden sich freilich in Zellen aller Organe und aller Lebewesen. „Feenstaub in den Synapsen ist eine ähnlich gute Erklärung wie Quantenkohärenz in den Mikrotubuli“, urteilte die Neurophilosophin Patricia Churchland scharf.

In diesem Gebiet ernster zu nehmen als Penrose ist der Physiker Jim al-Khalili. Er hat jüngst mit dem Molekulargenetiker Johnjoe McFadden ein Buch namens „Life on the Edge“ veröffentlicht. Auf Deutsch heißt es „Der Quantenbeat des Lebens“ und wird mit diesem Titel wohl auch in Buchläden landen, wo sonst Literatur über Chakren und Einhörner aufliegt. Doch vom ins Esoterische abdriftenden Biologen Rupert Sheldrake etwa distanziert sich al-Khalili gleich, er nennt ihn einen „umstrittenen Parapsychologen“.

Unter Sheldrakes Ideen ist das nicht mess- und fassbare „morphische Feld“, das Zugvögel leiten soll. Die Orientierung von Tieren ist al-Khalilis überzeugendstes Beispiel dafür, dass Quanteneffekte in Lebewesen eine besondere Rolle spielen können. Rotkehlchen etwa orientieren sich am Magnetfeld der Erde, etwas in ihnen misst offenbar den Winkel zwischen den Feldlinien der Erde und der Erdoberfläche.

Aber was? Das Magnetfeld der Erde ist viel zu schwach, um eine chemische Reaktion in irgendeinem Sinnesorgan der Vögel zu induzieren. Also kamen Physiker auf die Idee, es könne auf den Spin (eine originär quantenphysikalische Eigenschaft also) einer Überlagerung (auch typisch Quantenwelt!) der Zustände zweier verschränkter (!) Elektronen im Augenpigment Cryptochrom wirken. Das, sagen die Physiker, funktioniert, und die Rotkehlchenforscher geben ihnen recht. Entscheidend dabei, wie bei anderen Quanteneffekten, ist, dass der fragliche Zustand lang genug hält, und das ist gar nicht selbstver-ständlich. Denn Quantenzustände sind wie scheue Rehe: Kaum beobachtet man sie oder schreckt sie sonst, verschwinden sie auch schon, ihre Wellenfunktion bricht zusammen, wie die Physiker drastisch sagen.

Eine besondere Feindin der Überlagerungen und Verschränkungen ist die thermische Bewegung der Atome und Moleküle – darum wird nur bei tiefsten Temperaturen an Quantencomputern gebastelt. Und das Leben findet im Warmen und Feuchtem statt, seine Ordnung wird dauernd vom Rauschen der Thermodynamik bedroht.

Doch es kann sich just dieses Rauschen zunutze – und aus der Not eine Tugend – machen, meint al-Khalili: Das passiere bei der Fotosynthese, bei ihr seien Quantenschwebungen wichtig. Hier wird al-Khalili etwas undeutlich und poetisch: „Statt sich vor den Stürmen zu verstecken, nimmt das Leben sie an und nutzt ihre molekulare Winde und Böen, die seine Segel füllen und das Schiff aufrechthalten, sodass sein schmaler Kiel die thermodynamischen Gewässer durchdringt und mit der Welt der Quanten in Verbindung tritt.“

Und so fort. Bei allem Respekt vor den Quanten: Hier meint man Schrödingers Katze grinsen zu sehen.

Serendipität, oder Professor Zufall.

Wie Bertold Schwarz vor zwei Sekunden / Des Pulvers große Kraft erfunden.

aus derStandard.at, 16. Dezember 2015, 17:33 

Serendipity: Der Zufall macht die Wissenschaft 
Lang ist die Liste der Entdeckungen von Dingen, die gar nicht gesucht wurden – ob Flemings Penicillin, Post-its oder Quantenphysik 

von Peter Illetschko

Alexander Fleming war einer jener Wissenschafter, die sich über mangelndes Glück in ihrer Forschung nicht beklagen konnten. Der schottische Bakteriologe bemerkte 1928 zufällig in Staphylokokken-Kulturen geratene Schimmelpilze der Gattung Penicillium notatum, die die Keime töteten. Er hatte die Kulturen angelegt, um die Verursacher der Lungenentzündung genauer zu untersuchen. Fleming soll daraufhin erfreut "That's funny" gerufen haben. Kein Wunder: Er entdeckte damit Penicillin, was mittlerweile wohl unzähligen an bakteriellen Infektionen erkrankten Menschen das Leben rettete. 

Flemings Geschichte zeigt die Bedeutung von Serendipity für die Wissenschaft auf. Die zufällige, uner-wartbare Entdeckung von etwas, das gar nicht gesucht wurde, geht auf das persische Märchen Die drei Prinzen von Serendip zurück, die viele derartige Überraschungen erleben. Der US- amerikanische Soziologe Robert Merton hat für die Verbreitung des Begriffs in der Wissenschaft gesorgt. Heute weiß jeder Grundlagenforscher, was Serendipity ist und was es bedeutet: "Es ist ein wichtiger Verbündeter für alle Wissenschafter", sagt zum Beispiel die Wissenschaftsforscherin Helga Nowotny. 

Die ehemalige Präsidentin des Europäischen Forschungsrats (ERC), derzeit unter anderem Mitglied des österreichischen Forschungsrats, hat kürzlich ihr neuestes Buch vorgelegt, in dem sie ihre Untersuchungen und Einsichten zum Thema Zufall in der Wissenschaft zusammenfasst. "The Cunning of Uncertainty" ist mittlerweile von der "Financial Times" unter die fünf besten Science-Bücher des Jahres gewählt worden. 

Was wäre wenn 

Es hätte auch anders kommen können: Nowotny schreibt in ihrem Buch, wie wichtig diese Erkenntnis angesichts zahlreicher Entdeckungen ist. Der Schimmelpilz hätte sich auch nicht ansetzen können. Viel-leicht hätte Fleming eine andere Möglichkeit entdeckt, die gefährlichen Bakterien zu bekämpfen. Vielleicht wäre aber auch ein anderer Wissenschafter zufällig auf den Schimmelpilz gestoßen. Serendipity bedeutet nicht nur, auf nicht erwartbare Entdeckungen bei Experimenten zu stoßen. Man muss auch in der Lage sein, diesen glücklichen Zufall und seine Bedeutung als solchen zu erkennen – nicht nur intellektuell. 

"Da spielt auch die Tagesverfassung eine große Rolle" , sagt Nowotny. Sie nennt Beispiele von Serendipi-ty, die nicht als solche erkannt wurden, und sieht dafür einen triftigen Grund: Die Wissenschafter waren auf das von ihnen erwartete Ergebnis fokussiert, "sodass sie nicht sahen, was am Rande geschah". So weiß man zum Beispiel, dass das Phänomen der Hochtemperatur-Supraleitung schon vor der Entdeckung durch Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller von einer französischen Gruppe beobachtet wurde. Allerdings haben sie die Bedeutung ihrer Entdeckung nicht erkannt. Nowotny: "Das ist bitter, kommt aber immer wieder vor." 

Neue Kombinationen 

Es muss wohl auch nicht immer etwas Originäres sein, das mithilfe des Zufalls entdeckt wird. Es geht auch darum, eine neue Kombinationsmöglichkeit von bereits existierenden Dingen zu erkennen – vielleicht sogar notgedrungen. "Wir leben in einer Zeit, in der es schwieriger wird, etwas völlig Neues zu entdecken", sagt Nowotny. Eines der berühmtesten Beispiele für Serendipity ist in diesem Fall die Erfindung des Post-its Anfang der 1970er-Jahre. Arthur Fry, Wissenschafter beim Technologiekonzern 3M, grübelte bei einer Chorprobe über Lesezeichen, die aus dem Gesangsbuch herausfallen – und erinnerte sich an eine Erfindung seines Firmenkollegen Spencer Silver. Dieser hatte sechs Jahre zuvor einen Klebstoff entwickelt, der auf einer glatten Fläche angebracht werden konnte, um Papierzettel daran zu heften, sie aber auch wieder leicht entfernen zu können. Fry hatte die spontane, für sein Lesezeichenproblem beste Eingebung, den Klebstoff auf das Papier selbst aufzutragen. Die Klebezettel waren erfunden. 

Einflüsse der Umwelt 

Schließlich scheint auch das Setting eines Experiments wichtig zu sein, wenn man dem Zufall eine Chance geben möchte. Wird man abgelenkt? Werden die Ergebnisse möglicherweise von der Umwelt beeinflusst? Eines der amüsantesten Beispiele in diesem Zusammenhang: Otto Stern und Walther Gerlach, die beide starke Zigarren rauchten, gelang 1922 ein Meilenstein der Quantenphysik. Sie beobachteten erstmals die Richtungsaufteilung durch die Quanteneigenschaft Spin. Die Wissenschafter haben Silberatome durch ein Magnetfeld geleitet, wobei jeweils die Hälfte der Teilchen nach oben und die andere nach unten abgelenkt wurde. 

Zwar konnten auch andere Wissenschafter, die keine starken Raucher waren, diese "Quantelung" nach-vollziehen, aber in diesem besonderen Fall scheint der Rauch positiven Einfluss gehabt zu haben. Der Schwefel des Rauches verknüpfte sich nämlich mit dem Silber, sodass die beiden Wissenschafter einen sichtbaren Nachweis bringen konnten. Die Wissenschafter Bretislav Friedrich und Dudley Herschbach, damals an der Harvard University, haben das 2003 mit einem Paper nachgewiesen. "Stern and Gerlach: How a bad cigar helped reorient atomic physics" wird bis heute in Vorlesungen zitiert. 

Ein Plädoyer 

Es könnten noch viele derartige Beispiele genannt werden. Sie würden alle ein Plädoyer für die Grundla-genforschung sein – wie Nowotnys Buch "The Cunning of Uncertainty". Die Wissenschaftsforscherin meint, es gebe zweierlei Trends in der gegenwärtigen Forschung: Die Forschungsförderer würden inter-national mehr denn je in Richtung Anwendung gehen, "weil sie dem Druck der Regierungen nachgeben müssen, ergebnisorientierte Forschung zu fördern". Andererseits habe man mit Open Innovation, der Einbindung von Laien in wissenschaftliche Arbeit, wieder mehr Platz für Serendipity geschaffen. Die Grundlagenforschung an den Unis würde mittendrin stehen. 

Läuft sie Gefahr unterzugehen? Nowotny verneint und sieht die Chance auf zufällige Entdeckungen als Grundvoraussetzung für diese Wissenschaft. "Hier kann es keine Vorhersage geben, ob Versuche zum angenommenen Ergebnis kommen – selbst wenn es die Geldgeber noch so gern hätten."

Helga Nowotny The Cunning of Uncertainty John Wiley & Sons 2015 220 Seiten, 24,90 Euro  


Nota. - Aber solche Zufälle ergeben sich nur, wenn es Wissenschaft als Instanz oder zumindest als Institution schon gibt: wo systematisch und nach den Regeln der Kunst geforscht wird. Geniale Beobachtungen macht vielleicht auch der Schuhmacher oder Zimmermann in seinem Berufsalltag. Doch wenn und wo sie nicht auf einen schon beackerten Boden fallen, gehen sie verloren.

Hätte Böttcher nicht Gold machen wollen, hätte er nicht das Porzellan erfunden: Immerhin hat er die Rezep-tur notiert. Und dass Einstein die glücklichen Einfälle hatte, die wir dieser Tage feiern, war schließlich auch nur ein Zufall; allerdings hatte er ihn gründlich vorbereitet.
JE