Archiv der Kategorie: Mensch

Gehirnstimulation: Tablette für doppelten Lernerfolg

Aktives Training: Die Empfindlichkeit der Fingerspitzen wird mit Drahtstiften getestet, danach werden die Hirnströme registriert.

Bei passivem Training und Gabe von Amphetamin (oben,Mitte) ergibt die Hirnstrommessung eine zunehmende Repräsentation des Zeigefingers auf der Hirnoberfläche.

Übung macht den Meister – das gilt auch für Wahrnehmungsleistungen, die sich durch Lernaufgaben kontinuierlich verbessern lassen (perzeptuelles Lernen). Nehmen Testpersonen dazu noch spezielle Medikamente ein, dann verdoppelt sich der Lernerfolg – das zeigen jetzt die beiden Bochumer Forschergruppen von PD Dr. Hubert Dinse (Institut für Neuroinformatik) und Prof. Dr. Martin Tegenthoff (Neurologische Universitätsklinik Bergmannsheil): Die Neurowissenschaftler manipulieren pharmakologisch das perzeptuelle Lernen und zugleich damit verbundene Gehirnveränderungen, die sie durch Hirnstrommessungen erfassen.

Aktives Training: Zwei Drahtstifte – zwei Reize

Perzeptuelles Lernen erfolgt durch stete Wiederholung. So lassen sich Objekte, die in ihrer Oberflächenbeschaffenheit sehr ähnlich sind, mit einiger Übung allein durch Anfassen
voneinander unterscheiden. Diese Fähigkeit zur “taktilen Auflösung” messen die Forscher psychophysisch bei Versuchspersonen, indem diese zwei dünne Drahtstifte tasten müssen, deren Abstand voneinander immer geringer wird. Der kleinste Abstand, bei dem die Versuchsperson noch zwei Drahtstifte wahrnimmt, ist die Zweipunktdiskriminationsfähigkeit. Jeder Mensch hat eine individuelle Zweipunktdiskriminationsschwelle, die sich durch langandauerndes Training herabsetzen lässt.

Lernen durch passives Training

Bereits vor etwa fünfzig Jahren postulierte der kanadische Psychologe Hebb, dass “Gleichzeitigkeit” bzw. “Simultanität” von Ereignissen synaptische Übertragung und damit Lernprozesse verbessert. Diese Erkenntnis setzen die Forscher in ein Stimulationsprotokoll um, dass die natürliche Tastwahrnehmung nachvollzieht: Mit schwachen elektrischen Impulsen reizen sie gleichzeitig und mit einer niedrigen Rate (ein Reiz je Sekunde) kleine Bereiche der Zeigefingerspitzen von Versuchspersonen. Die Reize überträgt eine bewegliche Membran auf dem Zeigefinger der Versuchsperson. Da diese “Coaktivierung” mobil über ein kleines tragbares Kästchen erfolgt, können die Testpersonen dabei “normalen” Tätigkeiten nachgehen. Das Ergebnis: Nach drei Stunden hatte sich die taktile Diskriminationsfähigkeit vorübergehend für einen Zeitraum von 24 Stunden verbessert.

Was beim Lernen im Gehirn passiert

Gleichzeitig erfassen die Forscher mit 32 Elektroden über der gesamten Hirnrinde die beim perzeptuellen Lernen ablaufenden Vorgänge im Gehirn (somatosensorisch evozierte Potenziale). Sie konnten mit der nicht-invasiven Untersuchungstechnik (“neurophysiologisches Mapping”) Lage und Ausdehnung des sensiblen Repräsentationsgebietes der Fingerspitze auf der Hirnoberfläche genau bestimmen: Die Hirnstrommessungen zeigten eine Verschiebung und Vergrößerung der Repräsentation des Zeigefingers auf der Hirnoberfläche, wenn sich die Diskriminationsfähigkeit verbesserte. Das Ausmaß des Lernerfolgs war von Person zu Person unterschiedlich.

Chemie des Lernens

Nur wenige grundlegende chemische Mechanismen kontrollieren die Effizienz von Synapsen, dazu gehört die Gruppe der sog. NMDA-Rezeptoren (N-Methyl-D-Aspartat). Ihre Aktivierung führt über eine Kette komplexer molekularer Vorgänge zu langanhaltenden Veränderungen der Synapseneffizienz, was u. a. als Langzeitpotenzierung (long-term-potentiation LTP) bezeichnet wird. In diesen Vorgängen sehen die Forscher heute die Basis synaptischer Plastizität. Die LTP ist aber auch durch andere Substanzen modulierbar und lässt sich z. B. durch die Neurotransmitter Serotonin und Noradrenalin steigern. Amphetamine, die im Gehirn Substanzen wie Dopamin, Serotonin und Noradrenalin freisetzten, verstärken somit auch die synaptische Plastizität.

Die Tablette für den Lernerfolg

Nun stellte sich die Frage, ob Substanzen, die auf der Ebene der Synapsen das Lernen ermöglichen und verbessern, auch bei Einnahme durch die Versuchspersonen einen solchen positiven Effekt auf das perzeptuelle Lernen haben würden: Mithilfe einer einmaligen Applikation der Substanz Memantine, die den NMDA-Kanal blockiert, eliminierten die Forscher den Lernerfolg zunächst vollständig. Durch Messung der Tastschwellen des linken, nicht-coaktivierten Zeigefingers konnten sie unspezifische Nebenwirkungen des Medikaments ausschließen. Dann erhielten die Testpersonen eine einmalige Gabe Amphetamin (Psychopharmaka), was tatsächlich zu einer Verdoppelung des Lernerfolges führte, ohne Nebenwirkungen auf die Empfindung des nicht-coaktiverten linken Fingers zu verursachen. Die Hirnstrommessungen zeigten entsprechende Veränderungen: Die Blockade des Lernens unter Memantine schränkte die Hirnveränderungen ein, während der doppelte Lernerfolg durch Amphetamin zu einer Ausdehnung der Hirnrepräsentation führte.

Therapieausblick: “Brain-Training”

Die Ergebnisse stehen möglicherweise am Anfang einer neuen Ära, in der sich Gehirnfunktionen und damit das Verhalten durch eine Kombination von Training, Stimulation und medikamentöser Therapie aktiv und gezielt verändern lassen. Das entwickelte Coaktivierungsprotokoll beruht auf einer passiven Stimulation über mehrere Stunden, die zu massiven Änderungen von Gehirnorganisation und Verhalten führte. Dieses passive Training verspricht neue Therapieansätze: Gerade für ältere Menschen oder Patienten mit neurologischen Störungen, z. B. nach einem Schlaganfall oder einer Hirnverletzung. Sie können sich oft nicht ausreichend lange auf die erforderlichen Therapien konzentrieren oder selbst aktiv mitmachen. Der passiv orientierte Therapieansatz spart zudem Kosten – aufgrund seiner geringeren Personalintensität. (Quelle: idw)

Durchbruch: Interferon hilft bei der Eliminierung von Krebsstammzellen

Wie entsteht Krebs?

Der Immunbotenstoff Interferon alpha erweckt schlafende Blutstammzellen im Knochenmark zur Aktivität und macht sie dadurch für die Wirkung vieler Medikamente angreifbar. Dies veröffentlichten Wissenschaftler aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum gemeinsam mit Kollegen aus Lausanne in der Zeitschrift Nature. Auch Tumorstammzellen, so vermuten die Forscher, lassen sich so zur Teilung anregen und damit für die Behandlung mit Krebsmedikamenten sensibilisieren.

Nach Verletzungen mit Blutverlust muss der Körper das lebensnotwendige Blutvolumen schnell wiederherstellen. Dafür sorgt eine bestimmte Gruppe von Stammzellen im Knochenmark. Diese Blutstammzellen verbringen ihr gesamtes Leben in einer Art Schlafzustand, aus dem sie erst durch Verletzung und Blutverlust zur Aktivität geweckt werden. Unverzüglich beginnen sie, sich zu teilen, bis der Verlust an Blutzellen wieder ausgeglichen ist. Dies zeigten kürzlich Wissenschaftler um Professor Andreas Trumpp aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum.

Der Dauerschlaf ist ein wichtiger Schutzmechanismus der Stammzellen: Erstens bewahren sie so ihr Erbgut vor Genveränderungen, die sich vor allem während einer Zellteilung ereignen. Darüber hinaus entgehen sie im Schlaf auch der Attacke vieler Zellgifte, die nur auf sich teilende Zellen wirken.

Bislang war unbekannt, welche Signalmoleküle die Stammzellen tatsächlich aus ihrem Schlummer wecken. Andreas Trumpp und Marieke Essers aus seinem Team veröffentlichten nun in der Zeitschrift Nature, dass Interferon alpha, ein Botenstoff des Immunsystems, wie ein Wecker auf Blutstammzellen wirkt. Die Wissenschaftler zeigten damit zum ersten Mal, dass Interferon alpha die Funktion von Stammzellen direkt beeinflussen kann.

Interferon alpha wird von Immunzellen ausgeschüttet, wenn der Organismus von Bakterien oder Viren bedroht wird. Die Wissenschaftler lösten die Interferonproduktion in Mäusen aus, indem sie ihnen eine Substanz verabreichten, die den Tieren eine Virusinfektion vorgaukelt. Daraufhin kam es zu einem starken Anstieg der Teilungsrate der Blutstammzellen. In Kontrolltieren dagegen, die das Interferonsignal nicht verarbeiten können, führte die Substanz nicht zum Aufwachen der Stammzellen.

Einen weiteren Beweis für die Wirkung des Interfon alpha erzielten die Forscher mit dem Medikament 5-Fluorouracil, einem Zellgift, das häufig bei Brust- und Darmkrebs eingesetzt wird: Schlafende Stammzellen sind resistent gegen das Medikament, das seine Wirkung nur während der Teilung entfaltet. Erhalten die Tiere jedoch vor der 5-Fluorouracil-Behandlung Interferon alpha, so versterben sie nach kurzer Zeit an Blutarmut. Der Grund dafür: Durch die Interferon-Vorbehandlung wurden die ruhenden Stammzellen in die Zellteilung gezwungen und damit für die 5-FU-Wirkung sensibilisiert und abgetötet. Daher stehen nach kurzer Zeit keine Stammzellen mehr zur Verfügung, die Nachschub an kurzlebigen reifen Blutzellen wie Erythrozyten und Blutplättchen liefern.

Die Forscher begeistert an diesem Ergebnis besonders die Aussicht, dass der neu entdeckte Wirkmechanismus möglicherweise die Krebsbehandlung verbessern kann: “Eventuell können wir mit Interferon alpha nicht nur Blutstammzellen, sondern ebenso Tumorstammzellen aus dem Schlafzustand wecken und damit ihre oft beobachtete Resistenz gegen viele Krebsmedikamente brechen”, vermutet Andreas Trumpp.

Eine klinische Beobachtung weist bereits darauf hin, dass diese Vermutung mehr ist als reines Wunschdenken: Patienten, die an dem Blutkrebs chronisch myeloische Leukämie leiden und mit dem Medikament Glivec behandelt werden, erleiden nach Absetzen des Medikaments fast immer Rückfälle. Einigen Erkrankten wurde jedoch vor der Glivec-Therapie Interferon alpha verabreicht. Diese Patienten erlebten überraschenderweise lange rückfallfreie Phasen ohne jegliche Medikation. “Wir gehen davon aus”, erklärt Andreas Trumpp, “dass die Leukämie-Stammzellen durch die Interferongabe geweckt und damit für die Eliminierung durch das Medikament Glivec sensibilisiert wurden.” (Quelle: idw)

Wissenschaftliches Rätsel: Phänomenale Gedächtnisleistungen von Inselbegabten

Video: Gedaechtnis Giganten

»Solange wir das Savant-Syndrom nicht erklären können, können wir uns selbst nicht erklären«, meint Professor Darold Treffert, Chef der psychiatrischen Abteilung am St. Agnes Hospital in Fond du Lac (Wisconsin). Er ist seit mehr als 40 Jahren damit beschäftigt, inselbegabte Menschen, wie die Savants auch genannt werden, zu untersuchen. Inselbegabte sind oft behindert und hilfsbedürftig, verblüffen aber mit einem unglaublichen Gedächtnis, phänomenalen Rechenleistungen oder genialen künstlerischen Werken. Erklärungsversuche für Inselbegabung und Bewusstsein gibt es, aber können sie auch überzeugen?

Einer der alle anderen Inselbegabten übertrifft, ist Kim Peek. Schätzungsweise zwei Millionen Menschen haben ihn bei seinen öffentlichen Auftritten an Universitäten bestaunt. Kim hat sich den Inhalt von 7600 Sachbüchern Wort für Wort gemerkt. Dazu kennt er Detailinformationen ganzer Regionen: alle Städte, alle Straßen, alle Fahrpläne, dazu jeden Namen mit Adresse und Telefonnummer aus allen Telefonbüchern, die ihm jemals in die Hände gekommen sind. Nur mit Romanen fängt er nichts an. Dagegen ist für ihn die Wiedergabe der Baseball-Ergebnisse der letzten 40 Jahre und der Daten der meisten klassischen Musikstücke, wie Erstaufführung, Komponist oder Geburtsort des Komponisten eine leichte Übung. Aber wenn Kim sich selbst anziehen soll oder die Schuhe zubinden, dann scheitert er.

Kims Kopf ist von Geburt um ein Drittel größer, als der normaler Menschen. Eine enzephalografische Untersuchung zeigt aber in der Mitte seines Gehirns eine gähnende Leere. Ihm fehlt die Verbindung beider Hirnhälften und sein Kleinhirn ist verkümmert. Dagegen ist seine Leistung beim »Scannen« von Büchern, wie er es nennt, mehr als olympiareif. Er zieht beispielsweise die Telefonbücher ganz nah an seinen Augen vorbei. Die linke Seite am linken, die rechte am rechten Auge. So schafft er es, acht Seiten in 53 Sekunden zu scannen. Das sind weniger als 7 Sekunden pro Seite und ist damit schneller als der Scanner am heimischen PC. Wenn man glaubt, so schnell kann sich kein Mensch den Seiteninhalt merken, täuscht man sich. Kim kann es und er vergisst fast nichts.

»Kein Modell über Gehirnfunktionen ist komplett, bevor es nicht Kim mit einbezieht«, sagt Professor Treffert. Aber wie kann man die Leistungen der Inselbegabten erklären? Der Prozess der Signalübertragung im Gehirn funktioniert mithilfe von Nervenzellen. Diese nutzen eine Kombination aus elektrischen und chemischen Signalen, um miteinander zu kommunizieren. Wenn eine Zelle ihre elektrische Spannung ändert, führt das zur Freisetzung chemischer Botenstoffe. Diese wirken auf die nachfolgende Zelle ein. Daraufhin reagiert die nachfolgende Zelle ebenfalls mit einer Spannungsänderung und Freisetzung von Botenstoffen. Durch die Nutzung der chemischen Botenstoffe ist das ein schneckengleicher Prozess und nicht zu vergleichen mit der Hochgeschwindigkeit der Prozessoren heutiger Heimcomputer.

Den meisten Inselbegabten scheint eine gewisse Schädigung der linken Gehirnhälfte gemeinsam zu sein. Möglicherweise gibt es deshalb eine Überkompensation durch die rechte Gehirnhälfte, die für künstlerische, visuelle Fähigkeiten und konkrete Fakten zuständig ist. Was eine Überkompensation aber nicht zu erklären vermag, ist die hohe Geschwindigkeit der Gedächtnisleistungen eines Kim Peek. Und wenn man schon eine vollständige Erklärung für die Gehirnfunktion haben will, dann kann man das Bewusstsein nicht außen vor lassen. Denn eines scheint sicher: Ohne Bewusstsein wäre keine der Geistesleistungen der Inselbegabten möglich.

Als interdisziplinäre Arbeitsrichtung von Biologie und der Physik gehört es zum Aufgabenbereich der Quantenbiologie, geeignete quantenmechanische Erklärungsmodelle für die Gehirnfunktionen und Bewusstsein zu finden. Zu den bisherigen Erfolgen der Quantenbiologie zählt die Erklärung des Sehprozesses. Danach ist Sehen ein rein quantenmechanischer Prozess. Die Lichtteilchen (Photonen), die ins Auge fallen, werden von den zahlreichen Elektronen innerhalb der Netzhaut absorbiert. Das löst eine biochemische Kettenreaktion aus, die am Ende zu einem elektrischen Signal führt, welches im Gehirn weiterverarbeitet wird.

Was für die Erklärung des Sehprozesses vollbracht wurde, ist für die Beschreibung der Gehirnfunktion erst ansatzweise in Sicht. Zu sehr haben sich klassische Erklärungsmodelle ohne Quantenmechanik in den Köpfen der Forscher festgesetzt, als dass von heute auf morgen eine Änderung möglich wäre. Lieber werden unerklärliche Messwerte als sogenannte Messfehler in Kauf genommen, als dass vom klassischen Modell abgewichen wird. Ein Beispiel für eine klassische, aber falsche Erklärung ist das, was in dtv-Lexikon der Physik aus dem Jahre 1970 über die Elektrolyse (z. B. Wasserspaltung) steht: » […] Die Stromleitung innerhalb des Elektrolyten besteht in der Wanderung der positiven und negativen Ionen, die unter dem Einfluss des elektrischen Feldes zu den Elektroden gelangen […]«

Wenn alle Ionen, d. h. also elektrisch geladene Atome oder Moleküle sich tatsächlich einen Weg durch den flüssigen Elektrolyten bahnen müssten, wäre die hohe Effizienz des Vorgangs nicht zu erklären. Zumindest bei der Wasserspaltung stimmt die klassische Erklärung nicht, wie Jan Sperling in seiner Dissertation 1999 an der Freien Universität Berlin nachwies: »Es besteht keine Möglichkeit, die anomalen Abweichungen der Messwerte […] klassisch widerspruchslos zu erklären. Dagegen ist, unter Einbeziehung von Quantenkorrelation […] ein direkter Zusammenhang […] ableitbar.«

Ist aber die Quantenmechanik und Quantenbiologie einschließlich ihrer unerklärlichen ‘spukhaften Fernwirkung’, wie Albert Einstein die Quantenkorrelation bezeichnete, tatsächlich die letzte Erklärungsebene für Gehirnfunktionen und Bewusstsein, so wie im 19. Jahrhundert die angeblich unteilbaren Atome eine letzte Erklärungsebene für die physikalische Welt waren? Quantenmechanik ist in Wirklichkeit nur ein abstrakter mathematischer Formalismus, wenn auch dessen Vorhersagen beeindruckend gut bestätigt werden. Aber möchte man einem Formalismus tatsächlich den Status der letzten physikalischen Erklärungsebene zugestehen? Der Autor und Verfasser des Sachbuchs Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen beantwortet die Frage, indem er eine weitere Erklärungsebene hinzufügt. Für ihn sind es Bewusstseinseinheiten, welche die letzte physikalische Erklärungsebene darstellen: »Bewusstsein ist der fundamentale Baustein von allem was existiert«. Auf der Basis dieser Bewusstseinseinheiten beschreibt er das ‘wahre Gesicht der Wirklichkeit’. So kommt man zu dem Schluss, dass die Quantenbiologie zwar die richtige wissenschaftliche Disziplin ist, um ein komplettes Modell der Gehirnfunktionen und des Bewusstseins zu liefern, dass dieses Modell aber noch einer weiteren physikalischen Erklärungsebene bedarf, wenn man sich nicht mit einem rein mathematischen Formalismus als Erklärung zufriedengeben möchte.

Wenn es beim Lesen von “Telefon” im Gehirn klingelt

Der Klang der Begriffe im Gehirn: In gelber Farbe ist die Überlappung in der Hirnaktivierung bei der Verarbeitung von geräuschbezogenen Begriffen wie Telefon (blau) und beim Hören realer Geräusche dargestellt (rot).
Der Klang der Begriffe im Gehirn: In gelber Farbe ist die Überlappung in der Hirnaktivierung bei der Verarbeitung von geräuschbezogenen Begriffen wie Telefon (blau) und beim Hören realer Geräusche dargestellt (rot).
(idw). Schon beim Lesen des Wortes Telefon “klingelt” es im Kopf. Unser Gehirn erzeugt die Bedeutung von Begriffen durch die Wiederherstellung der dazugehörenden Sinneswahrnehmungen. Das hat eine Gruppe von Hirnforschern um den Ulmer Psychologen Markus Kiefer herausgefunden. Fehlt diese Verknüpfung, bleiben die Begriffe blutleer, ein richtiges Verständnis fehlt.

Haben Begriffe also einen Klang? Menschen sind ohne langes Nachdenken in der Lage, die Bedeutung von Wörtern wie Telefon, Rasenmäher und Staubsauger zu erfassen. Was im Alltag selbstverständlich erscheint, ist im Gehirn ein hoch komplizierter Prozess, dessen Entschlüsselung erst am Anfang steht. Abstrakt und unabhängig von der Sinneswahrnehmung scheint dieser Prozess jedenfalls nicht zu sein.
Die Ergebnisse der Ulmer Forscher, veröffentlicht im renommierten Journal of Neuroscience (19. November 2008, Vol 28(47), S. 12224-12230), fordern die herrschende Lehrmeinung heraus: “Unsere Ergebnisse belegen erstmals klar, dass Begriffe wesentlich in den Sinnessystemen des Gehirns verankert und keinesfalls abstrakt sind, wie lange Zeit angenommen wurde und häufig immer noch wird”, so Privatdozent Markus Kiefer, ,,Wenn diese Koppelung mit konkreter Sinneswahrnehmung für einen Begriff nicht vorhanden ist, nie gelernt wurde, bleibt dessen Bedeutung vage”. Diese Befunde seien für Eltern, Erzieher und Pädagogen von großer Bedeutung, berührten aber auch unmittelbar unser Alltagsverständnis von Lernen, Gedächtnis und Sprache.
Die Forscher haben die Gehirnströme von Probanden beim Lesen von Wörtern gemessen, und mittels funktioneller Kernspintomographie die Aktivität des Gehirns beobachtet. Sie konnten zeigen, dass beim Lesen von Wörtern, die sich auf geräuschhafte Gegenstände wie Telefon beziehen, Bereiche im Gehirn aktiviert werden, die auch beim tatsächlichen Hören der Geräusche aktiv sind. Beim Lesen von Wörtern ohne Geräuschbezug, wie beispielsweise ,Tisch’, zeigten die Hörareale keine verstärkte Aktivität.
Kiefer und seine Kollegen konnten erstmals zweifelsfrei belegen, dass die Verarbeitung von Begriffen auf einer teilweisen Wiederherstellung der Hirnaktivität während der Sinneswahrnehmung beruht. Dies beginnt schon 150 ms nach dem Anblick des Wortes, also bevor das Bewusstsein den Begriff verarbeiten kann. Die Aktivität in den Arealen der Sinneswahrnehmung ist umso stärker, je mehr die Probanden Geräusche für das jeweilige Objekt als bedeutsam einschätzen.
“Über die Natur der Begriffe spekulierten Philosophen seit Jahrtausenden, ohne zu einer Einigung zu kommen”, so Kiefer. Einige Philosophen haben bereits vor einigen hundert Jahren vermutet, dass nichts im Verstand sei, was nicht vorher in den Sinnen war. “Wir können nun einen Schritt weiter gehen: Was wir sehen, hören, fühlen, riechen und schmecken, hinterlässt dauerhafte Gedächtnisspuren im Gehirn, welche die Bedeutung eines Begriffs ausmachen”.
Natürlich werde diese Verbindung einem Menschen nicht ständig bewusst. Nur so sei sicher gestellt, dass die Planung und Durchführung von Handlungen auf der tatsächlichen Wahrnehmung der Umwelt und nicht auf Vorstellungsbildern beruhe. “Es wäre ja auch äußerst lästig und verwirrend, wenn es in unserem Kopf immer hörbar klingelte, sobald unser Gesprächspartner das Wort Telefon in den Mund nimmt”, so Kiefer.
Die Studie der Ulmer Wissenschaftler weist aber darauf hin, dass Sinneserfahrungen ganz zentral für den Erwerb von Begriffen sind. Da Begriffe im Gehirn normalerweise eng mit den Bereichen für Hören, Sehen und Handeln verflochten sind, sollten Kinder beim Begriffserwerb ihre Umwelt mit möglichst vielen Sinnen erfahren, so Kiefer: “Begriffe sind verarmt, wenn während des Lernens nie die Möglichkeit bestand, die Gegenstände, auf die sie sich beziehen, auch zu hören, zu sehen, zu riechen und zu fühlen. Das Wissen bleibt dann blutleer, so dass sich Menschen nicht wirklich einen Begriff von ihrer Umwelt machen können”. So sei es beispielsweise problematisch, wenn Kinder heutzutage häufig Alltagsbegriffe wie Tiere oder Pflanzen nur durch das Fernsehen oder im Bilderbuch kennen lernten. Dann könnten sie keine reichhaltigen Begriffe über wichtige Zusammenhänge in ihrer Welt entwickeln.
Bisherige Untersuchungen wie die der Ulmer Forscher wurden an konkreten Begriffen durchgeführt, die sich auf reale Gegenstände beziehen. Kiefer vermutet jedoch, dass selbst abstrakte Begriffe wie Freiheit, Gerechtigkeit, Optionsschein oder Termingeschäft letztendlich in Sinneswahrnehmungen gegründet sein müssen, um ein echtes Verständnis von dem Sachverhalt gewinnen zu können: “In der Regel kann eine Definition der Bedeutung von abstrakten Begriffen wie Freiheit oder Gerechtigkeit nur dann zweifelsfrei erreicht werden, wenn der Begriff in eine konkrete, wahrnehmbare Situation eingebettet ist. Unser Gehirn kann wahrscheinlich immer nur durch den Bezug zu Wahrnehmung und Handlung einem Begriff eine Bedeutung verleihen. Ist dies nicht gewährleistet, können wir zwar mit den Worten sprachlich umgehen, ohne aber deren Sinn wirklich zu verstehen.”
Welche gravierenden gesellschaftlichen Konsequenzen ein mangelndes Verständnis abstrakter Begriffe haben kann, zeigt laut Kiefer die aktuelle Finanzkrise. Diese sei nicht zuletzt dadurch bedingt, dass Bankmanager über keine adäquaten Begriffe ihrer hochkomplexen Finanzprodukte verfügten. “Ein Optionsschein an der Börse ist dann nur ein Blatt Papier, dessen Bedeutung für die realen Finanzmärkte nur unvollständig nachvollzogen werden kann. Da klingelt nichts im Kopf.”
Eine Aussage Konfuzius von vor über zweieinhalbtausend Jahren sei deshalb bedeutender denn je: “Wenn die Begriffe nicht richtig sind, so stimmen die Worte nicht; stimmen die Worte nicht, so kommen die Werke nicht zustande”, zitiert Kiefer den chinesischen Philosophen.

Ethisch korrekte Stammzellen jetzt aus Hodengewebe?

Video: Ausschnitt aus einer Patientendokumentation zur Stammzellentherapie. Aufgenommen im XCell-Center.

Ethisch unproblematischer Weg zu individueller Zelltherapie – Veröffentlichung in “Nature”

Stammzellen aus Embryonen können sich noch in alle Gewebe eines Lebewesens zur Bildung von Herz, Leber, Blut, Gehirn und Haut differenzieren – schließlich entsteht der ganze Organismus aus einer befruchteten Eizelle. Will man die aus dem Embryo gewonnenen Stammzellen vom Menschen in der Forschung oder zur Entwicklung von medizinischen Therapien nutzen, stellen sich viele ethische Probleme. Denn bei der Gewinnung der Stammzellen stirbt der Embryo ab. Wissenschaftler suchen daher nach anderen Alternativen zur Herstellung von Stammzellen: Auch im Körper von Erwachsenen bleiben lange oder sogar lebenslang hochflexible Zellen erhalten, damit sich bestimmte Gewebe auch in höherem Alter erneuern können. Solche Zellen, die man ohne größere Verletzungen aus dem Körper von Erwachsenen gewinnen kann, wollen Wissenschaftler als sogenannte adulte Stammzellen nutzbar machen. Nun ist es Forschern der Universität und des Universitätsklinikums Tübingen unter der Leitung von Prof. Thomas Skutella und seinem Team der Abteilung für experimentelle Embryologie gelungen, stabile Stammzellen aus Spermatogonien des menschlichen Hodengewebes von Erwachsenen zu generieren und in Zusammenarbeit mit Prof. Arnulf Stenzl und einer ganzen Reihe von Wissenschaftlern der Universität Tübingen und mit Kölner und Londoner Forschern im Vergleich zu humanen embryonalen Stammzellen zu charakterisieren. Die menschlichen adulten Stammzellen verhielten sich in Tests fast genauso wie die embryonalen Stammzellen und ließen sich in alle drei Keimblätter der Körpergewebe differenzieren. Nach Einschätzung der Wissenschaftler eröffnet ihre Methode der Gewinnung von adulten Stammzellen in Zukunft eventuell einen einfachen und ethisch unumstrittenen Weg zu individuellen Zelltherapien.

Die Zellen aus dem Hodengewebe, an denen die Wissenschaftler geforscht haben, wurden durch eine routinemäßige Gewebeentnahme bei erwachsenen Männern gewonnen. Diese Zellen stellen unter normalen Bedingungen Spermatozyten, und später die Spermien her. Die Wissenschaftler haben das Gewebe einer besonderen Selektionsmethode unterzogen, um die flexiblen, spermienbildenden Zellen gezielt aus dem restlichen Körpergewebe zu isolieren. Dann entwickelten sie optimale Kulturbedingungen, unter denen die Zellen nicht ihr gewohntes Programm zur Bildung von Spermien durchlaufen, sondern eine weit größere Umprogrammierung vornehmen. Außerdem musste sichergestellt werden, dass sich die Zellen mit den wertvollen Stammzelleigenschaften gut vermehren und stabile Zellkulturen bilden konnten. Dabei muss zum Beispiel erprobt werden, welche Wachstumsfaktoren in welcher Menge benötigt werden.

Unter den Versuchsbedingungen im Labor erwiesen sich die aus Hodengewebe gewonnenen adulten Stammzellen als fast genauso vielseitig wie embryonale Stammzellen und konnten ganz unterschiedliche Zell- und Gewebetypen bilden. Getestet wurde die Methode an insgesamt 22 Hodengewebeproben von verschiedenen Männern. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die einzelnen Schritte ihrer Vorgehensweise weiter optimieren lassen. Doch der Aufwand könnte sich lohnen, denn die adulten menschlichen Stammzellen haben gegenüber den embryonalen Stammzellen einige bestechende Vorteile: Zum einen sind sie wegen ihrer unkomplizierten Gewinnung ethisch nicht umstritten. Zum anderen könnte man sie für die Behandlung von Krankheiten für jeden Patienten individuell mit dem eigenen Erbgut und hundertprozentig passenden Gewebemerkmalen herstellen. Dadurch werden sie vom Immunsystem nicht abgestoßen. Eine ähnliche pluripotente Stammzellquelle ist bei Frauen bisher nicht entdeckt worden. Bis Stammzellen tatsächlich zur Therapie von Erkrankungen eingesetzt werden können, ist es noch ein weiter Weg. Doch ein wichtiger Schritt dorthin könnte mit den neuen Forschungsergebnissen erreicht sein.

Quelle: idw/Veröffentlichung: Conrad et al., “Generation of pluripotent stem cells from adult human testis”, Nature, Online-Vorabveröffentlichung

Paracelsus: Arzt mit legendären Heilungserfolgen

(idw). Krankenhäuser und Heilpraktikerschulen tragen seinen Namen, jedes Jahr erhalten Mediziner die Paracelsus-Medaille der deutschen Ärzteschaft. Doch wer war Paracelsus und was hat er so Wichtiges vollbracht, dass noch heute jeder seinen Namen kennt? Die “Nachrichten aus der Chemie” stellen den Heilkundigen der Renaissance vor und zeigen, wo sein Wirken bis heute Spuren hinterlassen hat.

Der vollständige Name des 1493 geborenen Arztes lautete Theophrastus Bombastus von Hohenheim, doch er selbst nannte sich Paracelsus. Wie Galileo Galilei war er ein typischer Gelehrter der Renaissance: Er gab wenig auf überlieferte Weisheiten aus Büchern. Sein kritischer Forschergeist spornte ihn an, eigene Beobachtungen anzustellen und nur das zu glauben, was er selber sah. Er übte offen Kritik an zur damaligen Zeit als unumstößlich geltenden Lehrmeinungen; dies verschaffte ihm erbitterte Feinde und versetzte die Wissenschaftswelt in Aufruhr.
Paracelsus setzte als erster alchemisch hergestellte Arzneimittel ein und sorgte so dafür, dass die Alchemie in die Medizin, Apotheken und Universitäten einzog. Später mauserte sich der neue Wissenschaftszweig zur modernen Naturwissenschaft.
Grundlage seines medizinischen Systems war die Dreiprinzipienlehre. Demnach besteht der menschliche Körper aus drei Einheiten: aus brennbarem Schwefel, der die Seele symbolisiert, aus flüchtigem Quecksilber als Zeichen des Lebensgeistes und aus festem Salz als Sinnbild des Körpers. Um einen Menschen zu heilen, waren diese drei Bestandteile ins Gleichgewicht zu bringen. Paracelsus’ Regeln für die Herstellung entsprechender Medikamente sind noch heute Bestandteil des homöopathischen Arzneibuches der Bundesrepublik Deutschland.
Leben und Wirken des Paracelsus präsentiert Michael W. Mönnich in der Doppelausgabe Juli/August der “Nachrichten aus der Chemie”. Die PDF-Datei des Artikels gibt es bei der Redaktion der “Nachrichten aus der Chemie” unter nachrichten@gdch.de.

Ist Gott nur ein neuronales Gewitter im Gehirn?

Video: Erforschung der Meditation

(idw). Existiert Gott? Ist es notwendig, dass er existiert? Oder reicht nicht der Glaube allein? Je genauer Naturwissenschaftler die Funktionsweise des menschlichen Gehirns entschlüsseln, umso mehr müssen sich Theologen mit der Frage nach der Beziehung zwischen Gott und Gehirn auseinandersetzen. Dr. Tobias Kläden vom Seminar für Pastoraltheologie der Universität Münster stellt sich dieser Herausforderung. Das neue Gebiet der so genannten Neurotheologie wird zumeist von Naturwissenschaftlern besetzt, Theologen haben bisher eher wenig Kenntnis davon genommen.

Die amerikanischen Neurowissenschaftler Andrew Newberg und Eugene d’Aquili haben untersucht, was passiert, wenn Menschen meditieren. “Sie konnten bei Buddhisten und Franziskanerinnen nachweisen, dass bei der Meditation ein Bereich im Scheitellappen, der dafür sorgt, dass ich mich von der Umwelt als verschieden empfinde, kaum noch aktiviert war”, erläutert Kläden. “Die Menschen fühlten sich eins mit Gott und dem Universum.” Und das unabhängig davon, ob sie an einen personalen Gott glaubten wie die Christinnen oder an ein namenloses Absolutes wie die Buddhisten.

Das, so die Schlussfolgerung von Newberg und d’Aquili, sei ein Beweis dafür, dass Glaube und religiöse Erfahrung keine Hirngespinste seien. Schließlich gebe es den physiologischen Nachweis, dass etwas im Gehirn im Augenblick der religiösen Erfahrung passiere. Umgekehrt ist es dem Kanadier Michael Persinger gelungen, mithilfe eines leichten Magnetfeldes Menschen die Präsenz des Göttlichen zu suggerieren, indem die Schläfenlappen im Gehirn stimuliert wurden. “Bereits in der Antike wusste man, dass Menschen mit Epilepsie etwas Besonderes sind, eine ‘heilige Krankheit’ haben”, erzählt Kläden. Epileptische Anfälle gingen häufig mit religiösen Empfindungen einher, Epilepsie wiederum könne beispielsweise durch Tumore im Schläfenlappen ausgelöst werden.

Die Interpretationen der empirischen Versuche seien häufig vollmundig, mal werde versucht, Gott als Funktion des Gehirns zu erklären, mal, die Funktion des Gehirns als Beweis für die Existenz Gottes heranzuziehen. “Das hängt immer von der religiösen Voreinstellung ab”, meint Kläden. Bei Doubleblind-Experimenten im Magnetfeld von Persinger habe sich gezeigt: Menschen können auch ein religiöses Gefühl spüren, obwohl faktisch nichts passiert ist. “Häufig liefern die Naturwissenschaftler zu ihren Experimenten Interpretationen, die nichts mehr mit Neurowissenschaften zu tun haben, sondern auf bestimmten philosophischen Vorannahmen beruhen”, so Kläden.

Und genau das ist für ihn der Grund, dass sich auch die Theologen einmischen müssen. Denn die Daten zu bezweifeln, das kommt ihm nicht in den Sinn. Aber bei der Interpretation der Ergebnisse und der Beantwortung der Frage, ob Gott nur ein neuronales Gewitter im Gehirn sei, da haben die Theologen auch etwas beizutragen. “Tiefe meditative Versenkungen sind nicht die Religion des Alltags. Haben solche religiösen Spitzenerfahrungen überhaupt Relevanz für den Alltag?” Aber noch gebe es auch bei den Theologen keine eindeutige Definition von Religiosität. “Da können die Neurowissenschaften einen wichtigen Beitrag leisten.”

“Kommt Religion wirklich nur im Gehirn vor? Gibt es denn keine Wirklichkeit außerhalb des Gehirns? Natürlich müssen religiöse Erfahrungen im Gehirn verankert sein, denn dort haben alle Erfahrungen und Gefühle ihre Basis”, sagt Kläden. Er ist sich aber sicher: Gott ist kein Gegenstand der empirisch erfassbaren Welt, daher könne er auch nicht mit naturwissenschaftlichen Mitteln erforscht werden.

Kommentar:
Was sich aber mit naturwissenschaftlichen Methoden erforschen läßt, ist nach Meinung des Autors Klaus-Dieter Sedlacek das Jenseits oder das unsterbliche Bewusstsein.
Im seinem neu erschienenen Sachbuch “Unsterbliches Bewusstsein – Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen” ISBN: 978-3-837-04351-8 tritt er dafür den Beweis an.

Arterienverkalkung: Hilft Pizza dagegen?

(idw). Oregano gibt nicht nur der Pizza ihren typischen Geschmack. Das Gewürz enthält auch eine Substanz, die unter anderem gegen Entzündungen zu helfen scheint. Das haben Forscher der Universität Bonn und der ETH Zürich herausgefunden. Sie verabreichten den Wirkstoff namens Beta-Caryophyllen (E-BCP) Mäusen, die eine entzündete Pfote hatten. In sieben von zehn Fällen besserten sich daraufhin die Symptome. Möglicherweise lässt sich E-BCB auch gegen Erkrankungen wie Osteoporose oder Arterienverkalkung einsetzen. Die Studie erscheint am Montag, 23. Juni, in den “Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS).
E-BCP ist ein typischer Inhaltsstoff vieler Gewürz- und Nahrungspflanzen. So kommt die Substanz unter anderem auch in Basilikum, Rosmarin, Zimt und schwarzem Pfeffer vor. Mit unserer Nahrung nehmen wir täglich bis zu 200 Milligramm des ringförmigen Moleküls auf.

Unbekannt war bislang, dass es im Körper segensreiche Wirkungen entfalten kann: “Nach unseren Ergebnissen ist E-BCP entzündungshemmend”, erklärt Professor Dr. Andreas Zimmer vom Bonner Life&Brain-Zentrum. “Aber nicht nur das: Experimente an Mäusen haben gezeigt, dass die Substanz sogar bei Osteoporose wirksam ist.”

Beta-Caryophyllen dockt spezifisch an bestimmte Empfänger-Strukturen in der Zellmembran an, die so genannten Cannabinoid-CB2-Rezeptoren. Dadurch verändert sich das Verhalten der Zelle: Sie schüttet dann beispielsweise weniger entzündungsfördernde Signalstoffe aus. “Wir haben Mäuse, die unter einer entzündlichen Schwellung der Pfote litten, mit E-BCP behandelt”, erläutert Dr. Jürg Gertsch von der ETH Zürich. “In bis zu 70 Prozent der Fälle klang die Schwellung daraufhin ab.”

Pizza macht nicht high

Damit könnte E-BCP als Ausgangspunkt für neue Medikamente in Frage kommen. Besonders attraktiv für Pharmaforscher ist dabei, dass die Substanz in der Natur so häufig vorkommt. Dazu gesellt sich aber noch ein zweiter Vorteil: Beta-Caryophyllen hat im Gegensatz zu anderen Substanzen, die auf den CB2-Rezeptor wirken, keine berauschende Wirkung.

Der CB2-Rezeptor hat nämlich einen “Bruder” namens CB1, der vor allem Drogenforschern ein Begriff ist. CB1 kommt unter anderem in den Nervenzellen des Gehirns vor. An ihn können beispielsweise bestimmte Inhaltstoffe der Hanfpflanze andocken. Was dann passiert, wissen Marihuana-Konsumenten allzu genau.

CB1 und CB2 sind zwar keine Zwillinge, aber doch sehr eng verwandt. Substanzen, die CB2 stimulieren, wirken daher oft auch berauschend. Anders E-BCP: Es ist der erste bekannte natürliche Wirkstoff, der spezifisch an CB2 bindet und nicht an CB1 – deshalb macht Pizza auch nicht high.

Beide Rezeptoren sind Teil des so genannten Endocannabinoid-Systems. Forscher schreiben ihm mehr und mehr eine wichtige Rolle bei verschiedenen Erkrankungen zu: Läuft es aus dem Ruder, können vermutlich Herzkrankheiten, Allergien, chronische Schmerzen oder auch Gedächtnisstörungen die Folge sein. “Endocannabinoide sind Substanzen, die der Körper selbst bildet und die ihn im Gleichgewicht halten”, erklärt Zimmer. So wirken sie bei einer Entzündung wie ein Tritt auf die Bremse: Sie verhindern, dass das Immunsystem zu viel des Guten tut und Abwehrreaktion außer Kontrolle gerät.

Auch chronische Störungen wie Morbus Crohn – eine Entzündung des Darmtrakts – lassen sich vielleicht mit E-BCP in den Griff bekommen. “Die Verbindung könnte ein wichtiger Faktor in der Ernährung sein, um derartige Zivilisationskrankungen zu bremsen”, vermutet Dr. Jürg Gertsch. Wer künftig alle Speisen mit Oregano würzt, lebt damit aber trotzdem nicht unbedingt gesünder. “Das Endocannabinoidsystem kommt dann zum Zuge, wenn bei Stoffwechselprozessen das Gleichgewicht gestört ist”, sagt Professor Zimmer. “Es ist ähnlich wie mit Antidepressiva: Die helfen zwar bei Depressionen. Ein Gesunder bekommt durch sie aber keine bessere Laune.”

Werden Schweineherzen in Menschen verpflanzt?

(DailyNet) Nach herben Rückschlägen kommt die Forschung an der Verpflanzung von Schweineorganen in Menschen jetzt wieder in Schwung. Das berichtet das Technologiemagazin Technology Review in seiner Ausgabe 07/07. So hat in Russland gerade die erste klinische Studie begonnen, bei der Diabetes-Patienten Inselzellen von Schweinen injiziert bekommen. Diese sollen dafür sorgen, dass die Diabetes-Kranken ohne Insulin-Zufuhr von außen oder zumindest mit einer niedrigeren Dosis auskommen. Für die Behandlung werden die Schweine-Zellen in einem speziellen Gel verkapselt, das zwar Insulin und Nährstoffe durchlässt, nicht aber die Antikörper, Fresszellen und weißen Blutkörperchen der menschlichen Immunabwehr. Ohne diese Verkapselung würden die Schweinezellen sofort eine heftige Abstoßungsreaktion auslösen.

Die mögliche Diabetes-Therapie stammt vom neuseeländischen Unternehmen Living Cell Technologies, das sich schon seit 18 Jahren mit diesen sogenannten Xenotransplantationen beschäftigt. Der Rest der Branche hatte nach einem kleinen Boom Ende der 1980er Jahre aufgegeben. Ein wichtiger Grund dafür war die Entdeckung von Retroviren im Erbgut von Schweinen, die dem HI-Virus ähneln und im Reagenzglas auch menschliche Zellen infizierten.

Mittlerweile aber gelten die Schweine-Retroviren “nicht mehr als unlösbares Problem”, sagt der Inselzellen-Spezialist Bernhard Hering von der University of Minnesota. So ließen sich die Viren mittlerweile sicher diagnostizieren und die Übertragungswahrscheinlichkeit drastisch senken.

Wie andere Forscher setzt Hering darauf, Schweinezellen nicht zu verkapseln, sondern gentechnisch so zu verändern, dass das menschliche Immunsystem sie besser toleriert. Dabei arbeitet er mit dem deutschen Klon-Experten Eckhard Wolf zusammen, der derzeit bei München einen hochmodernen Stall für Schweine für die Xenotransplantation bauen lässt. An der Mayo Clinic in den USA entsteht unterdessen für 17 Millionen Dollar ein weiterer Hightech-Stall. Dort sollen in Zukunft sogar ganze Schweineherzen in Menschen verpflanzt werden.