Wie ein Neurologe mit KI das Gehirn neu verschaltet
Surjo Soekadar befasst sich mit sogenannten Hirn-Computer-Schnittstellen (BCI). An der Charité in Berlin erforscht der Professor, wie sich Gehirn und Computer verbinden lassen, um Patient:innen nach einem Schlaganfall wieder Bewegung oder Kommunikation zu ermöglichen.
Der Körper allein kann diese Aufgaben gerade nicht mehr leisten, weil die Weiterleitung der Bewegungsbefehle an Rückenmark und Muskeln unterbrochen ist oder der Gedanke nicht als verständlich formulierte Sprache den Mund verlässt. Wollen und Können sind in beiden Fällen auseinandergefallen, also messen und übersetzen BCI-Systeme nun die Hirnaktivität – sprich das Wollen – in Steuersignale für Computer, die das Können übernehmen. Zusammengefasst heisst das:
Aber Soekadar tut nicht nur das. Er beschäftigt sich auch mit psychischen Krankheiten: Depressionen, Angststörungen oder der Schizophrenie. Und er geht diese sehr direkt im Gehirn an: mittels nicht-invasiver, elektromagnetischer Hirnstimulation. Auf dass sich das Gehirn anders und gesünder zu vernetzen lernt.
Und weil bei all diesen Krankheitsbildern auch die innere Stimme ganz massgeblich beteiligt ist, hört Soekadar auch ihr zu.
Am aha-Festival in Luzern hat er kürzlich über die «innere Stimme» gesprochen: Wie wir sie technisch hörbar machen können – und wo Therapie endet und Zukunft beginnt.
Wir alle kennen sie, die sogenannte innere Stimme. Manchmal macht sie uns Mut, manchmal das Gegenteil. Wer redet denn eigentlich da in unserem Kopf? Ist es die fordernde Mutter, der nörgelnde Vater oder bloss die eigene Stimme, die in diesem Augenblick die gelesenen Wörter innerlich mitspricht? Das Gewissen oder verinnerlichte Gewissheiten, ein Bauchgefühl – oder ein bunter Cocktail aus all dem?
Surjo Soekadar: Die «innere Stimme» ist kein einzelner Akteur, sondern das Ergebnis mehrerer zusammenwirkender Prozesse – darunter Gewissen, Intuition und verinnerlichte Sprache. Nach der Theorie des Psychologen Lew Wygotski entsteht ihre verbalisierte Form im frühen Kindesalter durch die Internalisierung von Selbstgesprächen. Diese zunächst laut ausgesprochenen Selbstanweisungen werden im Laufe der Entwicklung leiser, schneller und effizienter. Sie übernehmen dann Funktionen wie Selbstmotivation, Selbstkontrolle oder Beruhigung. Mit dem Einsatz moderner bildgebender Verfahren in den Neurowissenschaften konnten Hirnnetzwerke identifiziert werden, die mit der inneren Stimme in Zusammenhang stehen. Dabei zeigte sich, dass ähnliche Hirnareale aktiv sind wie beim tatsächlichen Sprechen – ein Hinweis darauf, dass die innere Stimme eng mit sprachlichen Verarbeitungsprozessen verknüpft ist.
Bei älteren Menschen oder Sportler:innen wird die innere Stimme oftmals wieder laut: weil die innere aufgrund kognitiver oder körperlicher Belastung, Stress oder Komplexität nicht mehr reicht, um Denken und Handeln zu stabilisieren.
Die Phrenologie versuchte zu Beginn des 19. Jahrhunderts, eine Art Gehirnkarte zu erstellen. Die verschiedenen geistigen Fähigkeiten eines Menschen wurden als «Organe» in klar umrissene Bereiche unterteilt und einem bestimmten Ort zugewiesen. War eines besonders ausgeprägt, wölbte sich, so die Theorie, die betreffende Stelle unter der Schädeldecke hervor. Hinter den Augen vermutete Franz Joseph Gall das Sprachzentrum, wer also hervorstehende Augen hat, musste ein wahrer Poet sein. Das ist natürlich kompletter Unsinn, heute weiss man, dass das Gehirn viel komplexer, viel vernetzter und alles andere als starr ist. Wie muss man sich also das Machwerk der inneren Stimme genau vorstellen? Welche Gehirnareale sind daran beteiligt?
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Man sollte sich die innere Stimme nicht als klar abgegrenztes «Modul» im Gehirn vorstellen, sondern als das Ergebnis eines dynamischen Zusammenspiels mehrerer Hirnnetzwerke. Bei der Erzeugung und Wahrnehmung der verbalisierten inneren Stimme sind vor allem sprachnahe Areale im linken Stirnhirn und Temporallappen aktiv. Diese sind, wie schon erwähnt, auch beim Sprechen und Sprachverstehen aktiv, ergänzt durch Regionen, die für Selbstbezug, Bewertung und Emotionsregulation zuständig sind. Dazu zählen insbesondere präfrontale Bereiche sowie Teile des sogenannten Default-Mode-Netzwerks. Dieses Netzwerk ist aktiv, wenn wir nach innen gerichtet denken. Bei depressiven Menschen kommt es dabei häufig zu einer zusätzlichen Aktivität im limbischen System, beispielsweise im Mandelkern, der bei Bedrohungen besonders aktiv ist. Entsprechend sind die inneren Stimmen bei Depressionen nicht gerade nett.
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Was genau läuft schief, wenn die Stimmen pathologisch werden, bei Menschen mit Schizophrenie beispielsweise oder solchen, die unter einer Psychose leiden – und wie können Sie jene Dysfunktionen sicht- und messbar machen und interpretieren?
Das ist ein super-spannendes Forschungsgebiet, weil hier grundlegende Mechanismen der Selbstwahrnehmung sichtbar werden. Beim lauten Sprechen und in abgeschwächter Form auch beim inneren Sprechen erhält das Hörareal eine Art Kopie des motorischen Sprachsignals. Dieses Vorhersagesignal sorgt dafür, dass die eigene Stimme korrekt als selbst erzeugt erkannt und in der Hörwahrnehmung teilweise ausgeblendet wird. Genau deshalb irritiert es uns stark, wenn wir unsere Stimme zeitverzögert, doppelt oder technisch verfremdet hören: Die interne Vorhersage passt dann nicht mehr zur akustischen Rückmeldung. Bei Menschen mit Schizophrenie ist dieser Mechanismus gestört. Die Sprachsimulation aktiviert das Hörareal, ohne dass diese Aktivierung zuverlässig als selbstverursacht erkannt wird. Der sprachliche Inhalt wird dadurch als äusserer Reiz erlebt. Stimmen werden im Raum gehört. Das Stimmenhören ist ein Kernsymptom der Schizophrenie und tritt bei etwa 60 bis 80 Prozent der Betroffenen im Krankheitsverlauf auf. Übrigens kann das Stimmenhören auch bei Menschen ohne Schizophrenie auftreten. Man schätzt, dass ein bis drei Prozent der Bevölkerung Stimmen hören, ohne dass sich dahinter eine Schizophrenie verbirgt. Die Aktivierung in der Hörrinde ohne äussere Reize lässt sich heute auch objektiv mit Hilfe der funktionellen Kernspintomographie nachweisen. Neurobiologisch handelt es sich also nicht um «Einbildung», sondern um eine Fehlzuordnung von Urheberschaft: Selbst generierte Inhalte werden vom Gehirn wie fremde Wahrnehmungen behandelt.
Sie arbeiten unter anderem mit repetitiver transkranieller Magnetstimulation (rTMS). Eine nicht-invasive Therapieform, bei der die Gehirne der Patient:innen mit Hilfe einer spulenförmigen Vorrichtung über dem Kopf gezielt mit kurzen, schmerzfreien Magnetimpulsen stimuliert werden. Dank der Plastizität des Gehirns, also seiner lebenslangen Eigenschaft, sich durch Erfahrung, Lernen, Denken, Schädigung, Umweltveränderung oder eben Stimulation in seiner physikalischen Anatomie zu verändern und sich neu zu verschalten, kann diese Therapie gesündere Muster bahnen. Sprich, sie moduliert Gehirnaktivität und wird bei Depressionen, Angst- und Zwangsstörungen oder Suchterkrankungen eingesetzt. Wie wirksam ist sie und wie viel Verhaltenstherapie braucht es da noch?
Die rTMS gehört zu den wirksamsten Verfahren in der Behandlung depressiver Symptome. Die Effektstärken liegen deutlich über denen von Medikamenten oder klassischer Psychotherapie. Gleichzeitig ist die Methode vergleichsweise aufwändig, weil die Patientinnen und Patienten über mehrere Wochen hinweg nahezu täglich in die Klinik oder Praxis kommen müssen. Wichtig ist dabei ein realistisches Verständnis: rTMS kann Symptome lindern, die aus einer veränderten Hirndynamik entstehen. Sie kann jedoch nicht die Ursachen von Depressionen, Angst- und Zwangsstörungen oder von Suchterkrankungen auflösen. Genau deshalb ist es entscheidend, diese Form der Neuromodulation in ein ganzheitliches Therapiekonzept einzubetten, das auch psychosoziale Faktoren berücksichtigt.
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Kann der Einsatz von rTMS auch das Stimmenhören bei Schizophrenie lindern?
Ja, die Überaktivität der Hörrinde lässt sich mittels rTMS gezielt dämpfen. Bei einem Teil der Betroffenen führt das zu einer deutlichen Reduktion der Stimmen und damit zu einer spürbaren Verbesserung der Lebensqualität.
Wenn also durch gezielte Hirnmodulation Symptomlinderung ermöglicht wird, könnte dieselbe Therapie nicht auch missbraucht werden, um Menschen zu manipulieren, zu kontrollieren, zu optimieren? Man könnte die Risikobereitschaft von Soldaten erhöhen und ihre Angst reduzieren, ihre Erinnerungen an geliebte Menschen löschen – und irgendwann vielleicht sogar die Aussagen der inneren Stimme in irgendeiner Weise steuern? Kurz: Kann aus Gehirnstimulation Gehirnwäsche werden?
Mit Neuromodulation lassen sich Hirndynamiken gezielt verändern, entsprechend müssen solche Systeme in bestimmten Fällen auch dauerhaft eingesetzt oder sogar implantiert werden – etwa um epileptische Anfälle frühzeitig zu erkennen und ihnen entgegenzuwirken oder um motorische Symptome bei Parkinson gezielt abzuschwächen. Die derzeit verfügbaren Verfahren sind bei weitem aber nicht präzise genug, um etwa gezielt Erinnerungen zu löschen oder die Inhalte der inneren Stimme zu steuern. Es lässt sich jedoch nicht ausschliessen, dass solche Anwendungen eines Tages in begrenztem Umfang beim Menschen möglich sein könnten.
Mit welchen Methoden könnte man solcherlei unethische Verwendungszwecke verhindern?
Dafür muss man frühzeitig klare Regeln definieren: In welchen Situationen ist der Einsatz solcher Technologien sinnvoll – und aus ethischer Sicht vielleicht sogar geboten, etwa bei schweren psychischen Erkrankungen, und wo muss er klar abgelehnt werden? Wir erleben derzeit, dass jährlich hunderte Millionen US-Dollar in die Entwicklung implantierbarer Neurotechnologien investiert werden. Diese Systeme zielen perspektivisch nicht nur auf medizinische Anwendungen, sondern sollen auch eine direkte Interaktion mit der digitalen Welt für alle ermöglichen – und zwar in beide Richtungen: Hirnaktivität auslesen und durch Stimulation gezielt verändern. Gemeinsam mit Ethiker:innen, Jurist:innen und Kliniker:innen fordern wir deshalb ein Moratorium für den Einsatz implantierbarer, bidirektionaler Schnittstellen ausserhalb medizinischer Anwendungen. Die gesellschaftlichen Folgen solcher Technologien sind derzeit noch in keiner Weise zuverlässig abschätzbar. Solche Technologien erfordern es, dass eine sogenannte lifecycle governance implementiert wird, also der Nutzen und die Auswirkungen regelmässig erfasst werden und der Einsatz gegebenenfalls entsprechend nachjustiert oder begrenzt werden kann.
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Technologie an sich ist ja neutral; die moralische Qualität entsteht durch ihren Zweck, durch Kontext und Kontrolle. Für Ihre Arbeit brauchen Sie vor allem einen Haufen Daten. Die Computer müssen mit Krankheitsgeschichten, mit Symptomprofilen, EEGs, MRTs, Hirnscans und Smartphone-Wissen gefüttert werden, damit die Therapie personalisiert werden kann. Welchen Herausforderungen sehen Sie sich da gegenüber?
Ich denke, dass wir in Europa in Bezug auf Datenschutz und Patient:innen-Sicherheit sehr gut aufgestellt sind. Die eigentliche Herausforderung sehe ich weniger auf dieser Ebene, sondern darin, solche Forschung und Entwicklung in Deutschland mit ausreichenden Ressourcen zu ermöglichen – und sie in ein Ökosystem einzubetten, das diese Technologien nach erfolgreicher wissenschaftlicher und klinischer Validierung auch zügig in die Anwendung und Kommerzialisierung bringt. Denn nur Technologien, die wir selbst entwickeln, können wir wirklich verstehen, verantwortungsvoll steuern und regulieren. Das ist eine Frage technologischer Souveränität. An der Charité versuche ich daher aktuell, mit Unterstützung der Einstein Stiftung und des Förderfonds Wissenschaft in Berlin, ein NeuroTech-Innovationsökosystem aufzubauen, das genau diese Voraussetzungen schafft.
Maschinelles Lernen (ML) erkennt standardmässig nur Korrelationen, keine Kausalität. Ergeben sich daraus gewisse Schwierigkeiten für Ihre Forschung?
Genau dieser Umstand spricht dafür, bidirektionale Systeme zu entwickeln, die nicht nur Hirnaktivität erfassen, sondern das Gehirn gleichzeitig auch gezielt stimulieren können. Erst durch die Stimulation kommt ein aktives Element in die Interaktion, mit dem sich kausale Zusammenhänge systematisch untersuchen lassen – und nicht nur Korrelationen beschreiben. An der Charité arbeiten wir derzeit an einem weltweit einzigartigen System, das dieses Prinzip vollständig kontaktlos umsetzt, also ohne die Implantation von Elektroden. Dabei nutzen wir interagierende Magnetfelder in Kombination mit sogenannten Quantensensoren, um extrem schwache magnetische Signale des Gehirns messbar zu machen – Signale, die um ein Vielfaches schwächer sind als das Erdmagnetfeld.
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