Ein Experiment mit Brain-Computer-Interfaces am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

Können Gedanken das Gehirn verändern? Oder: Wie manipulierbar ist der Mensch?

Für alle LeserManche Menschen glauben tatsächlich, dass man nach der letzten Prüfung vor dem Schulabschluss das analytische Denken einstellen kann, dass man ab da quasi fertig ist, ein fertig gebildeter Mensch, der sich ab nun nicht mehr fortentwickeln muss. Und der so feste Meinungen hat, dass ihn nichts mehr von seiner Bahn abbringen kann. Die meisten ahnen nicht einmal, wie sehr sie gerade aufgrund dieser Haltung manipulierbar sind. Das machte im November ein kleines Experiment in Leipzig sichtbar.

Auch wenn es scheinbar nur auf eine nützliche Anwendung zielte – zum Beispiel die Steuerung von elektronisch vernetzten Prothesen durch Gedanken.

Zur Anwendung kam dabei ein sogenanntes Brain-Computer-Interface (BCI, Gehirn-Computer-Schnittstelle). Dessen Wirkung beruht darauf, dass die bloße Vorstellung einer Handlung schon messbare Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität auslöst. Diese Signale können über ein EEG (Elektro-Enzephalographie), ausgelesen, ausgewertet und dann über maschinelle Lernsysteme in Steuersignale umgesetzt werden, die zum Beispiel einen Computer bedienen oder auch eine Prothese bewegen können.

In einer jetzt veröffentlichten Studie im Journal of Physiology zeigten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften Leipzig, der Staatlichen Universität von Navarra und der TU Berlin, dass nach nur einer Stunde Training mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) signifikante Veränderungen im Gehirn der Probanden auftraten – das Training mit dem BCI also auch unmittelbare Rückwirkungen auf die neuronale Struktur und Funktion des Gehirns hat.

In der im November veröffentlichten interdisziplinären Studie wurde der Einfluss von zwei verschiedenen Arten eines BCIs auf das Gehirn von Probanden untersucht, die über keine vorherige Erfahrung mit dieser Technik verfügten. Aufgabe der ersten Teilgruppe war es, sich vorzustellen, dass sie ihren Arm oder ihre Füße bewegen, also eine Aufgabe durchführten, die das motorische System des Gehirns beansprucht. Die zweite Teilnehmergruppe wiederum erhielt eine Aufgabe, die das visuelle Zentrum des Gehirns ansprach: Sie sollten Buchstaben auf einem Bildschirm erkennen und zählen.

Erfahrungsgemäß erreichen Probanden bei der visuellen Aufgabe von Anfang an gute Ergebnisse, die sich durch weiteres Training auch nicht verbessern lassen, während die Ansprache des motorischen Systems des Gehirns deutlich komplexer ist und Übung erfordert. Vor und nach den jeweiligen Experimenten mit dem Brain Computer Interface wurde das Gehirn der Probanden mit einem speziellen bildgebenden Verfahren – MRT (Magnetresonanztomographie) – untersucht, um potentielle Veränderungen zu dokumentieren.

Auch Bewegungen werden durch unser Gehirn gesteuert

„Es ist bekannt, dass zum Beispiel intensives körperliches Training auch Auswirkungen auf die Plastizität des Gehirns hat“, so Dr. Till Nierhaus vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften (MPI CBS). Unter der Plastizität versteht man dabei die Fähigkeit des Gehirns, sich in Abhängigkeit seiner Nutzung zu verändern.

Dabei unterscheidet man zwischen funktioneller Plastizität, bei der sich lediglich die Intensität der Signale zwischen den einzelnen Synapsen verändert, oder der strukturellen Plastizität. Von letzterer spricht man, wenn es um die Veränderung oder gar Neubildung von Nervenzellen geht.

„Wir haben uns die Frage gestellt, ob diese Effekte auf die Plastizität des Gehirns auch auftreten, wenn die Aufgabe im Rahmen eines BCI-Versuches rein mental, also nur gedacht, aber nicht körperlich durchgeführt wird“, so Carmen Vidaurre, Wissenschaftlerin an der Staatlichen Universität von Navarra.

Im Ergebnis fanden die Wissenschaftler tatsächlich messbare Veränderungen in genau den Hirnregionen, die für die Art der auszuführenden Aufgabe spezifisch waren. Also Veränderungen in den visuellen Bereichen des Gehirns bei den Proband/-innen mit der visuellen Aufgabe und Veränderungen im motorischen Bereich bei den Studienteilnehmer/-innen, die die Vorstellung einer Bewegung trainiert haben. Besonders interessant dabei: Die Veränderungen traten bereits innerhalb sehr kurzer Zeit (eine Stunde) mit dem BCI auf und nicht erst nach Monaten des körperlichen Trainings.

„Noch offen ist dabei die Frage, ob diese Veränderungen auch auftreten würden, wenn die Probanden keine visuelle oder kognitive Rückkopplung über das BCI-System bekommen würden, dass ihre Hirnsignale erfolgreich ausgelesen werden konnten.“, so Till Nierhaus vom MPI CBS.

Insgesamt weisen die Ergebnisse aber darauf hin, dass diese Effekte des Trainings mit dem Brain-Computer-Interface eventuell therapeutisch genutzt werden könnten, um gezielt bestimmte Hirnregionen anzuregen.

„Gerade die räumliche Spezifität der BCI-Effekte könnte zum Beispiel bei Schlaganfallpatienten gezielt die Hirnregionen ansprechen, die Schaden genommen haben“, so Arno Villringer, Direktor am MPI CBS.

„Maschinelle Lernverfahren dienen dabei als Decoder oder Übersetzer der BCI-Aktivität in umsetzbare Steuersignale“, ergänzt Klaus-Robert Müller, Professor für maschinelles Lernen an der TU Berlin. „Nur so kann die individuelle BCI-Aktivität ohne lange Einarbeitungszeit in Steuersignale umgesetzt werden. Dieses maßgeschneiderte Auslesen des BCI wird entscheidend dabei sein, ob sich die Technologie zukünftig in Rehabilitationssystemen einsetzen lässt.“

Wie leicht lassen sich Denkvorgänge manipulieren?

Und noch etwas macht das Experiment deutlich: Wie sehr der Mensch selbst sein Denken ändern kann, wenn er sich auf bestimmte Tätigkeiten oder Lerninhalte fokussiert. Oder fokussiert wird. Denn im realen Leben haben wir natürlich kein BCI auf dem Kopf. Aber wir lassen uns – oft regelrecht exzessiv – auf mediale Beeinflussung ein. Wir leben in einer Informationswelt, oft stöhnend mit „Reizüberflutung“ etikettiert.

Aber die meisten Menschen sind gar nicht reizüberflutet, sondern sehr fokussiert. Sie tauchen in der Regel in eigener freier Wahl in Informationsblasen ein, ziehen sich Netflix-Serien rein oder lassen sich von den Empörungswellen in den „social media“ mitreißen, sind dort ganze Tage unterwegs.

Aber auch das verändert unser Gehirn, sorgt dafür, dass sich antrainierte Denk-Vorgänge in der Struktur des Gehirns abbilden, die dann bestimmte Denkweisen und Handlungen regelrecht automatisiert ablaufen lassen. So automatisiert, dass der Mensch meint, dieser Denkvorgang sei ein ganz elementarer Teil seiner Persönlichkeit.

Das funktioniert selbst bei Rassismus und Verschwörungstheorien, weshalb mit Menschen, die diese Denk-Strukturen erst einmal ausgeprägt haben, nur noch schwer zu diskutieren ist. Denn für sie sind diese Denkweisen Teil ihrer Persönlichkeitsstruktur. Was nichts entschuldigt. Kein Mensch hat ein Recht darauf, falsch denken zu dürfen.

Aber das Experiment am Max-Planck-Institut zeigt eben auch, dass auch das erwachsene Gehirn sehr wohl noch Neues lernen kann, indem der Proband sich auf den wichtigen Denkvorgang konzentriert und ihn regelrecht trainiert.

Die Frage ist nur: Wie bringt man Menschen, die das Schulsystem verlassen haben, dennoch dazu, falsche Denkmuster zu hinterfragen und daran zu arbeiten, sie durch realistischere zu ersetzen? Und was passiert, wenn Menschen sich regelrecht eingemauert haben in Denkweisen, die jede Veränderung als Angriff auf ihre persönliche Integrität erscheinen lassen?

Das lassen wir einfach mal als Frage stehen. Denn an der Stelle zeigt sich ja, in welche Sackgassen Menschen sich denken können, wenn sie aufhören, ihre Weltwahrnehmung zu hinterfragen. Und wie leicht sie manipulierbar sind, wenn sie in den Filterblasen der heutigen Medien immer wieder mit denselben Denkmustern konfrontiert werden.

Ein Gedanke mit erstaunlichen Folgerungen, wenn man ihn nur weiterdenkt.

Originalpublikation: Nierhaus T, Vidaurre C, Sannelli C, Mueller KR, Villringer A (2019) Immediate brain plasticity after one hour of brain–computer interface (BCI). The Journal of Physiology

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MPI für Kognitions- und Neurowissenschaften
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