Neurowissenschaften und Gesundheitsförderung

Die Neurowissenschaften beschäftigen sich mit dem Zentralnervensystem und insbesondere mit dem Gehirn. Sie werden deshalb synonym auch als Hirnforschung oder Gehirnforschung bezeichnet. Die Disziplin ist in den 1970er-Jahren aus Bereichen der Medizin, Psychologie, Biologie, Chemie, Physik, Informatik und verwandten Wissenschaften entstanden, in denen man sich schon zuvor mit neuronalen Prozessen beschäftigte. Disziplinäre Ansätze allein waren zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht mehr ausreichend, um das Gehirn in seiner Komplexität zu untersuchen, so dass die Neurowissenschaften als neues interdisziplinäres Forschungsfeld entstanden (Heinemann 2012). Zu den Neurowissenschaften gehören:

• Neurophysiologie
• Neuroanatomie
• Kognitive Neurowissenschaften
• Computational Neuroscience
• Molekulare Neurowissenschaften/Neurobiologie
• Neurologie
• Neuropsychologie
• Neuropharmakologie

Neben diesen Kerndisziplinen gibt es weitere Bereiche, in denen neurowissenschaftliche Methoden und Theorien eingesetzt werden oder neuronale Prozesse Gegenstand der Analyse sind und die deshalb ebenfalls das Präfix Neuro verwenden. Dazu zählen unter anderem die Neurolinguistik, Neuroökonomie, Neuropädagogik, Neuroethik, Neurophilosophie, aber auch eher ungewöhnliche Felder wie die Neurotheologie. Für die Gesundheitsförderung sind jedoch vor allem die erstgenannten Kernfelder der Hirnforschung von entscheidender Bedeutung.

Erkenntnisse durch die Neurowissenschaften

Allgemein haben die Neurowissenschaften in den vergangenen Jahrzehnten grundlegende Fortschritte bezüglich des Wissens über das Gehirn und seine Funktionsweise gemacht, die sowohl für das Behandeln von Krankheiten als auch für deren Prävention von Relevanz sind (Kandel u.a. 2012). Angestoßen durch Innovationen in der Medizintechnik konnte die Hirnforschung wichtige Erkenntnisse über neuronale Prozesse gewinnen. Vorgänge im Gehirn können heute präziser beschrieben werden, als dies noch vor wenigen Jahren der Fall war. Das Wissen um den Aufbau und die Funktionsweise des Zentralnervensystems führt zu einem Erkenntniszuwachs, der nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht bedeutsam ist. Er hat auch Konsequenzen für die angewandte Forschung und eröffnet neue Therapiemöglichkeiten. So ist es heute schon möglich, pathologische Veränderungen im Gehirn präziser zu diagnostizieren und zum Teil auch zu therapieren.

Zu den technischen Fortschritten gehören insbesondere neue und verbesserte Verfahren der neuronalen Bildgebung. Zu nennen sind hier beispielsweise die (Weiter-)Entwicklung der Magnetresonanztomographie (MRT), der Computertomographie (CT) und der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Die Elektroenzephalographie (EEG) und die Magnetenzephalographie (MEG), im eigentlichen Sinn keine bildgebenden Verfahren, tragen ebenfalls zu den verbesserten Analysemöglichkeiten neuronaler Prozesse bei. Die bekannteste Methode zur Bildgebung, die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), ist ein nicht-invasives Verfahren zur Darstellung von Gehirnstrukturen und -aktivitäten. Nicht-invasiv bedeutet dabei, dass Bilder vom Gehirn gemacht werden, ohne in den Körper oder das Gehirn der Probandin oder des Probanden einzudringen oder sie/ihn einer Strahlung auszusetzen (Hagner 2013).

Die technologischen Innovationen sind jedoch nicht allein auf die Bildgebung beschränkt. Auch die molekularbiologischen Analysemöglichkeiten sowie kombinierte Verfahren, bei denen mehrere Messinstrumente eingesetzt werden, wurden neu oder in entscheidendem Maße weiterentwickelt.

Mittels dieser neuen Methoden ist es möglich, pathologische Veränderungen im Gehirn frühzeitig zu erkennen und, soweit möglich, geeignete Behandlungsmaßnahmen zu ergreifen. So können mit einem CT Schlaganfälle, Hirnblutungen oder Tumore, diagnostiziert werden. Mittels eines MRT lassen sich ebenfalls Auffälligkeiten im Gehirn erkennen, zum Beispiel Läsionen oder auch sogenannte amyloide Plaques, die mit der Alzheimer-Demenz in Verbindung gebracht werden. Bestimmte Hirnaktivitätsmuster und strukturelle Veränderungen sowie spezifische Biomarker sollen zukünftig auch für die Diagnose psychischer Störungen genutzt werden (Engel 2018). Auch wenn sich die Hoffnung nach solchen Diagnosemöglichkeiten für den klinischen Alltag trotz intensiver Forschung noch nicht erfüllt hat, ist die Vision einer solchen Praxis doch ungebrochen.

Probleme der Neurowissenschaften

So beeindruckend diese Möglichkeiten klingen und es zum Teil auch sind, gibt es doch eine ganze Reihe von Problemen.

Erstens ist bis heute noch nicht genau bekannt, wie sich verschiedene neuronale Erkrankungen im Gehirn manifestieren. Amyloide Plaques, die sich bereits vor dem Auftreten erster Symptome der Alzheimer-Erkrankung im Gehirn zeigen, sind zwar ein Indiz für die Krankheit, aber es fehlt bis heute die Evidenz für einen eindeutigen kausalen Zusammenhang zwischen dem beobachtbaren Phänomen und der Krankheit. Bei psychischen Störungen sieht es nicht anders aus. Zwar gibt es verschiedene Anhaltspunkte dafür, welche Funktionen im Gehirn bei einer psychischen Erkrankung gestört sind, aber es gibt keine einzige Störung, die sich eindeutig auf der Basis eines Hirnbildes oder eines anderen Biomarkers diagnostizieren ließe. Dies hängt nicht zuletzt damit zusammen, dass gerade psychische Störungen in hohem Maße sozial vermittelt und konstruiert sind. Dies macht es fraglich, ob sich jemals geeignete Biomarker für diese komplexen sozio-medizinischen Phänomene finden lassen.

Zweitens ist problematisch, dass selbst bei einer frühen Diagnose für viele neuronale Erkrankungen zurzeit noch die Behandlungsmethoden fehlen. Somit stellt sich die Frage nach dem Wert und den Nebenwirkungen der Diagnose, wenn eine sinnvolle Intervention nicht möglich ist. Besonders aus einer ethischen Perspektive ist es problematisch, wenn Menschen mit einem Wissen konfrontiert werden, welches ihr Leben nachhaltig verändern wird, ohne dass entsprechende Handlungsoptionen gegeben sind (Prädiktive Medizin und individualisierte Medizin; Ethik in der Gesundheitsförderung und Prävention).

Neuropharmakologie

Analoge Erfolge aber auch Probleme zeigen sich auch in der Neuropharmakologie. Ab den 1950er-Jahren begannen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, systematisch mittels Psychopharmaka in den Neurotransmitter-Haushalt des Gehirns einzugreifen. Dies ist vor allem bei Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, anderen demenziellen Erkrankungen und psychischen Störungen wie Schizophrenie und Depression eine wichtige Behandlungskomponente. Möglich wurde dies durch das zunehmende Wissen um die Signalweitergabe und -verarbeitung im Gehirn und entsprechende pathologische Veränderungen bei oben genannten Erkrankungen. Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang im Gehirnstoffwechsel die Substanzen Serotonin, Noradrenalin und Dopamin.

In den 1950er-Jahren wurde eher zufällig das erste antipsychotische Medikament, Chlorpromazin, entdeckt, und man stellte fest, dass diese Substanz schizophrene Symptome lindert. Mit der intensiven Erforschung der Parkinson-Krankheit in den 1960er-Jahren konnte im Detail gezeigt werden, dass es einen Zusammenhang zwischen Dopamin und den Krankheiten Parkinson und Schizophrenie gibt. Es wurde nachgewiesen, dass im Gehirn von schizophrenen Patientinnen und Patienten eine zu hohe Konzentration des Transmitters Dopamin vorhanden ist, während dieser Stoff bei Parkinson-Patienten in zu geringer Menge vorkommt. Dies führte zu intensiven Forschungsarbeiten in diesem Bereich und zur Entdeckung weiterer für psychische Erkrankungen wichtiger Transmittersysteme.

Zwar gibt es bis heute keine Medikamente, die insbesondere neurodegenerative Erkrankungen heilen könnten, doch zumindest lassen sich diese Prozesse verlangsamen, und die Lebensqualität kann für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden. Die Bedeutung der Neurowissenschaften liegt also bisher vor allem darin, dass bei neuronalen Erkrankungen gesundheitsbeeinträchtigende Erscheinungen und Auswirkungen früh erkannt, therapiert und gelindert werden können, dass also „sekundäre“ und „tertiäre“ Prävention bzw. Gesundheitsförderung bei Menschen mit chronischen Erkrankungen besser möglich wird (Prävention und Krankheitsprävention; Medizinische Prävention).

Ähnlich wie die diagnostischen Verfahren steht die Neuropharmakologie aber noch vor großen Herausforderungen. Bis heute basiert trotz aller Fortschritte in diesem Bereich sowohl die Forschung als auch die richtige Einstellung von Patientinnen und Patienten mit entsprechenden Medikamenten zu einem bedeutenden Anteil auf dem Prinzip von Versuch und Irrtum. Aktuell gibt es eine Reihe von Antidepressiva, die auf unterschiedliche Weise in den Neurotransmitter-Haushalt eingreifen. Ob und wie genau eines dieser Medikamente jedoch bei einer Patientin oder einem Patienten in einer spezifischen Dosierung anschlägt, muss in der praktischen Anwendung ausprobiert werden.

Trotz des besseren Verständnisses des Neurotransmitter-Haushalts und der nachgewiesenen Wirkung von Selektiven Serotonin Wiederaufnahmehemmern (SSRIs) zur Behandlung von Depressionen gibt es zudem bis heute keine wissenschaftliche Studie, die einen kausalen Zusammenhang zwischen dem Medikament und seiner Wirkung auf neuronaler Ebene nachweisen kann. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass das zu behandelnde Phänomen nicht allein neurobiologisch definiert werden kann, sondern soziale Faktoren eine ganz entscheidende Rolle spielen.

Bei manchen psychischen Störungen, insbesondere der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS), aber auch bei anderen psychischen Problemen wie Depressionen, übermäßiger Aggression, Angst- oder auch Schlafstörungen, ist es dank der Erkenntnisse der Neurowissenschaften nicht immer notwendig, direkt Medikamente zu verabreichen. Vielmehr kann in Kombination mit anderen Behandlungsformen Neuro-Feedback eingesetzt werden, um Menschen mit diesen Symptomen zu helfen. Hierbei handelt es sich um eine Methode, bei der die Hirnaktivität einer Person in Echtzeit für diese sichtbar gemacht wird. Meist wird hierzu die Elektroenzephalographie (EEG) benutzt. Den Patientinnen und Patienten werden Techniken beigebracht, wie sie ihre Gehirnaktivität bewusst steuern und eine stärkere Kontrolle über ihre kognitiven Funktionen erlangen können (Patientenberatung/Patientenedukation).

Neuroethik und Gehirn-Computer-Schnittstellen

Weitere für die tertiäre Prävention relevante Bereiche sind die Neuroprothetik und Gehirn-Computer-Schnittstellen. Hier besteht eine enge Verbindung zum Neuro-Feedback. In der Neuroprothetik werden Prothesen für Menschen mit körperlichen Einschränkungen entwickelt, die diese mittels ihrer Gedanken steuern. Über Neurofeedback lernen Patientinnen und Patienten, ihre Gedanken gezielt einzusetzen, um mit einer Prothese ganz unterschiedliche Operationen auszuführen, wobei die Kommunikation zwischen Gehirn und Maschine oder Prothese über eine Schnittstelle, ein sogenanntes Interface, gewährleistet wird. Es ist dabei zwischen invasiven und nicht-invasiven Schnittstellen zu unterscheiden. Zu den nicht-invasiven Verfahren gehört die Messung der Gehirnaktivität mittels EEG, während im Rahmen invasiver Verfahren die Aktivität nicht nur ausgelesen, sondern das Gehirn auch stimuliert werden kann, um beispielsweise bei bestimmten Formen der Blindheit das Sehvermögen teilweise wiederherzustellen. Während sich einige Verfahren noch in der Entwicklung befinden, sind andere heute bereits fest in der Rehabilitation etabliert und helfen somit, die Lebensqualität von Menschen mit Einschränkungen substanziell zu verbessern.

Neurowissenschaften und Prävention

Die Neurowissenschaften haben nicht nur den Anspruch, neuronale Krankheiten zu erklären, zu lindern und zu heilen, sondern auch menschliche Entwicklungsprozesse zu beschreiben und damit auch allgemein zur primären Prävention und Gesundheitsförderung beizutragen.

Für die Wissensvermittlung spielen neuronale Entwicklungsprozesse vom Kindes- bis ins hohe Erwachsenenalter eine wichtige Rolle. Die Neurowissenschaften konnten empirisch zeigen, wie sich das Gehirn über die gesamte Lebensspanne entwickelt und es in jedem Alter möglich ist, neue Kompetenzen zu erlernen und diese im Gedächtnis zu behalten. Auch ist das Gehirn in der Lage, Fehlfunktionen in einem Bereich, die beispielsweise durch einen Unfall auftreten, auszugleichen. Bestimmte Gehirnregionen können dann Aufgaben übernehmen, die vormals von den geschädigten Arealen ausgeführt wurden. Diese Eigenschaft des Gehirns wird auch als neuronale Plastizität bezeichnet. Die Neuropädagogik versucht diese Erkenntnisse zu nutzen und Bildung sowie Rehabilitation zu verbessern und zu fördern.

Es ist unstrittig, dass beispielsweise frühkindliches Lernen durch optimale Bedingungen und Faktoren, die unter anderem auch von der Hirnforschung herausgearbeitet wurden, entscheidend verbessert werden und damit langfristig Gesundheit gefördert werden kann. Allerdings ist anzumerken, dass viele dieser Erkenntnisse nicht im eigentlichen Sinn neurowissenschaftlich sind. Vielmehr beruhen sie auf klassisch psychologischer Forschung und sind häufig seit vielen Jahrzehnten bekannt. Das Verdienst der Neurowissenschaften ist es, diese (lern-)psychologischen Theorien auch neurophysiologisch zu bestätigen. Sie tragen somit dazu bei, dass diese Erkenntnisse von einer breiteren Öffentlichkeit anerkannt werden und sich verbreiten.

Neurowissenschaften und das Konzept von Gesundheit

Die Neurowissenschaften tragen jedoch nicht nur zur Prävention und Gesundheitsförderung bei, sondern stellen das Konzept von Gesundheit und dem, was als „normal“ angesehen wird, grundlegend in Frage. Besonders deutlich wird dies mit Blick auf das sogenannte Cognitive Enhancement (Heinemann 2010).

Unter Cognitive Enhancement, auch als Neuro-Enhancement oder Gehirndoping bezeichnet, wird der Gebrauch von Psychopharmaka zur Leistungssteigerung bei gesunden Menschen verstanden. Durch die Entwicklung von modernen, psychoaktiven Wirkstoffen auf der Basis neurowissenschaftlicher Erkenntnisse scheint es möglich, nicht nur Krankheiten wie Depressionen oder Alzheimer zu behandeln, sondern die Leistungsfähigkeit und das psychische Befinden des Menschen über das normale Maß hinaus zu steigern. Diese Diskussion berührt auch die Gesundheitsförderung: Darf die medikamentöse Steigerung von Leistung und Wohlbefinden noch als bestmögliche Nutzung von Gesundheitspotenzialen gelten?

Nehmen beispielsweise gesunde Menschen Medikamente zur Behandlung von ADHS ein, hat dies, analog zu hohen Dosen Koffein, einen stimulierenden Effekt. Die körperliche Belastbarkeit nimmt zu und es stellt sich nicht so schnell ein Gefühl der Müdigkeit ein. Maßnahmen, die kognitive Leistungsfähigkeit und das psychische Wohlbefinden über das natürliche Maß hinaus erhöhen, werden von prominenten Vertreterinnen und Vertretern der Neurowissenschaften propagiert und mit wissenschaftlicher Forschung gefördert. So waren auch Neurowissenschaftler an der Gründung von Firmen zur Entwicklung solcher Medikamente beteiligt. Die Neurowissenschaften versprechen damit in absehbarer Zukunft nicht weniger als ein glücklicheres Leben bei gleichzeitig gesteigerter Leistungsfähigkeit und Gesundheit – und das vorgeblich nebenwirkungsfrei.

Tatsächlich sieht die Realität jedoch anders aus. Bei den diskutierten Medikamenten ist in wissenschaftlichen Studien nur in ganz bestimmten Kontexten eine Leistungssteigerung feststellbar. Nehmen gesunde Menschen Mittel zur Behandlung von ADHS, so hat dies bestenfalls eine aufputschende Wirkung analog zum Konsum eines koffeinhaltigen Getränks. Dieser leistungssteigernde Effekt stellt sich aber nur ein, wenn die betreffende Person müde und weniger konzentrationsfähig ist. Das normale Maß der kognitiven Leistungsfähigkeit einer ausgeschlafenen Person wird damit jedoch nicht erreicht. Nehmen ausgeschlafene Probandinnen und Probanden diese Mittel, nimmt ihre Arbeitsfähigkeit sogar ab. Auch bei anderen Psychopharmaka kann keine nachhaltige, positive Wirkung nachgewiesen werden. Hinzu kommt, dass die genannten Medikamente nicht frei von Nebenwirkungen sind. Es ist auch nicht davon auszugehen, dass in absehbarer Zeit nebenwirkungsfeie Mittel entwickelt werden. Insofern ist in der aktuellen Diskussion und Beratung von potenziellen Konsumentinnen und Konsumenten zu beachten, dass die mit dem Konsum von leistungssteigernden Mitteln verbundenen Gesundheitsrisiken nicht ignoriert und verharmlost werden.

Fazit

Die Neurowissenschaften konnten in den vergangenen Jahrzehnten bahnbrechende Erkenntnisse gewinnen, beispielweise zum Verständnis der Verarbeitung und Integration verschiedener Sinnesreize oder emotionaler und sozialer Informationen. Es gibt heute deshalb verbesserte Diagnose- und Behandlungsmöglichkeiten für neuronale, insbesondere neurodegenerative Erkrankungen und psychische Störungen. Von diesen für die Gesundheitsförderung und Behandlung von Krankheiten vielfältig relevanten Errungenschaften wurden einige exemplarisch präsentiert und diskutiert. Ein Großteil des Wissenszuwachses bezieht sich bislang jedoch auf das Verständnis und die Funktionsweise des Gehirns und nicht auf praktische Interventionen. Von einem vollständigen Verständnis des Zentralnervensystems sind die Neurowissenschaften noch weit entfernt.

Gleichwohl wird der Disziplin in verschiedenen gesellschaftlichen Bereichen, darunter der Gesundheitsvorsorge und im Bildungssektor, ein großes Potenzial zugeschrieben. Um dieses ausschöpfen zu können und die Evidenz neurowissenschaftlicher Erkenntnisse und Interventionen zu erhöhen, wird Hirnforschung aktuell umfangreich gefördert. Die Europäische Union unterstützt deshalb das sogenannte Human Brain Project mit über 1 Milliarde Euro. Die Obama-Administration in den USA hatte die BRAIN Initiative (Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies) ausgerufen und förderte neurowissenschaftliche Forschung ab 2014 für 12 Jahre mit bis zu 4,5 Milliarden US-Dollar. Ziel dieser beiden Großprojekte ist es, das Zentralnervensystem und seine Funktionsweise bis 2025 vollständig zu verstehen (Finanzierung der Gesundheitsförderung). Fraglich ist allerdings, ob sich die mit diesen Initiativen verbundenen Hoffnungen realisieren lassen.

Schon in der sogenannten Dekade des Gehirns von 1990 bis 1999 blieben die Neurowissenschaften weit hinter den von ihnen selbst gesteckten Zielen zurück. Damals lautete eine der Versprechungen, für alle psychischen Störungen einen eindeutigen Biomarker zu finden, mit dem sich diese Krankheiten diagnostizieren lassen. Tatsächlich gibt es aber selbst im Jahr 2019 keine einzige psychische Störung, für die es einen solchen Biomarker gibt (Voigt, & Rüppel 2019). Es ist also eine gewisse Skepsis gegenüber derartigen Versprechungen angebracht.

Ein Versuch, die offenkundigen Schwachstellen neurowissenschaftlicher Forschung, insbesondere die Diskrepanz zwischen Anspruch und Wirklichkeit, zu adressieren, ist das Memorandum „Reflexive Neurowissenschaft“ (Tretter 2014). Hier fordern einige Neurowissenschaftler eine noch stärkere Interdisziplinarität, die vor allem auch die Geisteswissenschaften einbezieht, sollen die Ergebnisse der Hirnforschung kritisch und damit adäquater interpretiert und in ihrem gesellschaftlichen Kontext verortet werden. So begrüßenswert und wichtig diese Initiative auch ist, hat sie jedoch bisher innerhalb der Neurowissenschaften nur wenig Beachtung gefunden. Im Forschungsalltag und der Forschungspraxis finden sich bisher keine Anhaltspunkte, dass sich eine reflexive und damit kritischere Haltung gegenüber den eigenen Ergebnissen etabliert. Zwar wurde beispielsweise das Human Brain Project von prominenten Neurowissenschaftlern kritisch kommentiert, diese Kritik bezieht sich jedoch vor allem auf das Management sowie die inhaltliche Ausrichtung des Projekts. Auf der Ebene von Forschungsdesigns und Ergebnisinterpretationen bleibt die reflexive Neurowissenschaft bisher folgenlos.

Anders als es in manchen Verlautbarungen der Hirnforschung und auch der Medienberichterstattung über die Disziplin den Eindruck macht, sind die von ihnen ausgehenden Impulse für eine nachhaltige Gesundheitsförderung (im Sinne der Stärkung von Ressourcen) oder gar Primärprävention deshalb bisher begrenzt. Es wird noch Jahrzehnte dauern, bis die Disziplin die sich abzeichnenden Potenziale entfalten kann. Einige der Ansprüche und Ziele lassen sich unter Umständen auch gar nicht realisieren.