Bewusstsein setzt Konnektivität des Gehirns voraus

Im bewusstlosen Gehirn scheint es nach einer Studie nur kurze und lokale Aktivitätsmuster zu geben

Was ist eigentlich Bewusstsein? Darüber streiten sich Philosophen, Psychologen und Hirnwissenschaftler schon lange. Die Ansichten gehen weit auseinander. Möglicherweise haben nun Neurowissenschaftler einen weiteren Schritt dahin getan, zumindest eine neuronale Erklärung anbieten zu können. Sie gehen nämlich davon aus, dass im Tiefschlaf, im Koma oder während einer Hypnose das Gehirn zwar aktiv zu sein scheint, aber kein Bewusstsein entsteht.

Die Wissenschaftler von der School of Medicine and Public Health an der University of Wisconsin haben, um die Hypothese zu testen, Versuchspersonen das Benzodiazepin Midazolam gegeben, das zur Sedierung und Narkose dient. Nach der Ausschaltung des Bewusstseins wurde, so schreiben sie in ihrem Beitrag in den Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), die Oberfläche des Kortex mit transkranieller Magnetstimulation (TMS) stimuliert und mit einem EEG überprüft, wie die Neuronen darauf reagieren. Gefunden wurde ein Aktivitätsmuster, das dem gleicht, wenn sich das Gehirn in der non-REM-Schlafphase befindet, wo es ebenfalls kein Bewusstsein gibt.

Wenn das Bewusstsein verschwindet, dann scheint das Gehirn die koordinierten und differenzierten Reaktionen auf elektrische Stimuli zu verlieren, die sich im REM-Schlaf oder in einem bewussten Gehirn beobachten lassen. Die Gehirne der Versuchspersonen zeigten hingegen stereotype neuronale Erregungen, die aber nur lokal auftraten und innerhalb von 150 ms schnell wieder verschwanden. In einer früheren Studie hatten die Wissenschaftler ähnliche Aktivitätsmuster bei Versuchspersonen in der Tiefschlafphase beobachten können, doch sind hier reproduzierbare und verlässliche Messungen kaum möglich, weswegen die durch Midazolam hergestellte Bewusstlosigkeit untersuchten.

Oben: Aktivitätsmuster des wachen Gehirns nach TMS, unten: kurze und lokale Aktivität beim bewusstlosen Gehirn. Bild: Fabio Ferrarellia et al./PNAS

Die Wissenschaftler glauben, daraus ableiten zu können, wie Bewusstsein funktioniert. Im wachen Gehirn könnten die mit TMS beobachteten Aktivitätsmuster, die während einer Zeitspanne von 300ms zu verschiedenen Arealen des Kortex wandern, die Konnektivität des Gehirns zeigen. Die könnte notwendig sein, um eine konstante Kommunikation über Areale des Kortex hinweg aufrechtzuerhalten. Damit werden die Gehirnaktivitäten koordiniert, woraus auch Bewusstsein entstehen oder was zur Entstehung von Bewusstsein notwendig sein könnte. Im unbewussten Gehirn verschwindet diese Kommunikation zeitweise, weswegen die Stimulation mit TMS nur zu einem isolierten Aktivitätsmuster führt.

Wenn denn Anästhesie und Tiefschlaf sich gleichen, also vielleicht Betäubungsmittel den natürlichen Tiefschlaf herbeiführen, dann könnte man TMS auch testen, inwieweit Menschen bewusst sind bzw. ihnen das Bewusstsein im Koma oder während der Betäubung fehlt. Das wäre deswegen interessant, weil man dann Bewusstsein nicht mehr indirekt, sondern dessen Vorhandensein am Gehirn direkt erkennen könnte. (Florian Rötzer)

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