Der 16-Stunden Mann - wissenschaft.de
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Der 16-Stunden Mann

Ein griechischer Hirnforscher mit amerikanischem Elan in Tübingen. Nikos Logothetis will wissen, wie das Sehen funktioniert, wie das Gehirn aus Lichtreizenin unserem Kopf Bilder formt. Dazu arbeitet er an einem weltweit einzigartigen Labor in Tübingen mit Affen. Gegner von Tierversuchen beruhigt er: „ Bei uns bestimmen die Affen, ob und wie lange sie mitmachen“.

Wie ein Professor sieht Nikos Logothetis nur aus, wenn er gerade im OP steht. Trotz seiner 47 Jahre ginge er durchaus noch als aufstrebender Assistent durch. In seinem Büro und auf dem Campus ist er leger gekleidet, trägt Sportschuhe, wirkt zupackend, direkt, energiegeladen. Er ist aber nicht nur Professor für Neurobiologie, sondern einer der Direktoren des Max-Planck- Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen. Suchte man eine Verkörperung für die Formel „Forschung im Aufbruch“, wäre Logothetis erste Wahl. Logothetis lernt von Affen, wie Menschen sehen.

Seit Juni 1997 ist der gebürtige Grieche in Tübingen. Er kennt das Institut noch von früher. Nach dem Studium in Griechenland – Mathematik, Musik und Biologie – verbrachte er drei Monate am MPI. Hier wollte er zunächst promovieren, wechselte dann aber nach München. 1985 ging er an das Massachusetts Institute of Technology in Boston. Das MIT ist wie ein Durchlauferhitzer für „smart kids“ aus aller Welt. In seinen Labors verbringen die besten jungen Wissenschaftler ein paar Jahre, bevor sie in die Industrie oder an andere Institute wechseln.

Sechs Jahre blieb Logothetis am MIT. Danach erhielt er am Baylor College of Medicine im texanischen Houston ein eigenes Labor. In Houston führte er fort, was er bereits in Boston begonnen hatte: die Erforschung, wie Affen sehen und das Gesehene wahrnehmen. Das Angebot aus Deutschland akzeptierte er dann vor allem wegen des Ansehens, das die Max-Planck-Gesellschaft weltweit genießt: „Etwa 40 Nobelpreise belegen die hohe Qualität der Arbeit hier. In Tübingen können wir Spitzenforschung betreiben, vorausgesetzt, wir haben gute Ideen.“

Zu Beginn unseres Gespräches drückt mir Nikos Logothetis ein Bild in die Hand. Das Motiv ist bekannt: Ich starre auf ein Bild mit einer Vase, soll zwei Gesichter sehen. Plötzlich sind sie da, aus heiterem Himmel. „Jetzt sehe ich sie“, sage ich. Nikos Logothetis lächelt triumphierend: „Sie haben gerade gesagt ,ich seheO. Was ich wissen möchte ist: Was passiert in Ihrem Gehirn, wenn Sie sagen ,ich seheO?“

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Psychologen reizen derartige Vexierbilder seit langem. Sie narren den Betrachter: Statt einer Vase sieht er plötzlich zwei Gesichter, eine junge Frau verwandelt sich in eine alte Hexe, und mit einem Mal steht eine Treppe auf dem Kopf. Nun interessieren sich auch Hirnforscher für diese Trugbilder, denn der Vorgang offenbart eine tiefe Wahrheit: „Was auf der Netzhaut ankommt“, so Logothetis, „ist nicht unbedingt das, was man wahrnimmt.“

Das Auge empfängt stets denselben Reiz, „sieht“ immer dieselben Linien, Farben und Flächen. Was der Betrachter aber tatsächlich wahrnimmt, wird irgendwo im Gehirn festgelegt – ohne daß er es steuern kann. Die junge und die alte Frau gleichzeitig zu sehen, ist unmöglich. Ebensowenig läßt sich eine der beiden Ansichten bewußt erzwingen oder ausschalten. Die Wahrnehmung klappt ohne Vorwarnung um.

Seit Jahren sucht Nikos Logothetis danach, was sich im Gehirn bei diesem Umklappen abspielt. Das vermitteln ihm Elektroden, die er in die Grauen Zellen transplantiert, und das geht nur in seltenen Ausnahmen bei Menschen. Deshalb arbeitet er mit Affen, genau: Makaken. „Im Affenhirn kennen wir uns mittlerweile besser aus als im Menschenhirn“, meint Logothetis. Natürlich können Tiere nicht sagen, ob sie eine Vase oder zwei Gesichter sehen. Aus diesem Grund nutzt der Forscher ein anderes Phänomen der Wahrnehmung, die sogenannte binokulare Rivalität.

Bei diesem „Zweikampf der Augen“ bietet ein optisches Gerät jedem Auge gleichzeitig einen anderen Reiz an – zum Beispiel links senkrechte Linien, rechts waagerechte. Man könnte vermuten, daß sich im Gehirn beide Bilder zu einem Gitter überlagern. Doch das ist nicht der Fall: Das Gehirn präsentiert immer nur ein Einzelbild, entweder waagerechte oder senkrechte Linien. Wie bei einem Vexierbild pendelt die Wahrnehmung zwischen den beiden Bildern hin und her.

Seinen Affen zeigt Logothetis inzwischen kompliziertere Motive: Mit dem einen Auge sieht das Versuchstier eine geometrische Figur, mit dem anderen Bilder von Lebewesen: Gesichter, Schmetterlinge. Nimmt das Tier das Bild eines Lebewesens wahr, zieht es rechts an einem Hebel. Meldet sein Gehirn ein geometrisches Bild, betätigt es den linken Hebel. Über Elektroden im Affenhirn versuchen die Forscher festzustellen, welche Hirnzellen bei den unterschiedlichen Wahrnehmungen aktiv sind.

Bevor Logothetis kam, befaßten sich die Tübinger MPI-Forscher vor allem mit Fliegen. Das etwas verstaubte Institut hat sich seither gündlich gewandelt. Prof. Kuno Kirschfeld, einer der Direktoren und Mitbegründer, stellt einen „gewaltigen Umschwung“ fest und vermerkt befriedigt einen „Strom von Wissenschaftlern aus aller Welt“, die hierher drängen.

Das ist vor allem Logothetis zu verdanken. In zwei Jahren hat er ein Labor für die Primatenforschung aufgebaut, das weltweit einzigartig ist. Davon überzeugt ist auch David Leopold, der in Houston bei Logothetis promovierte und ihm nach Tübingen gefolgt ist. „Um zu erforschen, wie Sehen funktioniert“, sagt er, „gibt es derzeit keinen besseren Platz in der Welt.“

Mit seiner jüngsten Arbeit – Kernspintomographie an wachen Affen – schockierte Logothetis im August 1998 auf einer Fachkonferenz in Los Angeles seine Kollegen. Zuvor galt, daß dieses Verfahren nur an betäubten Tieren möglich sei. Logothetis präsentierte Bilder, die von wachen Tieren stammten. Aufgenommen wurden sie mit einem neuartigen Kernspintomographen, den Logothetis zusammen mit der Ettlinger Firma Bruker Medical speziell für die Arbeit mit Affen entwickelt hatte. Zwei Millionen Mark kostete das Gerät.

Dr. Martin Ilg von Bruker traf Logothetis 1996 zum ersten Mal. „Er ist der außergewöhnlichste Kunde, den ich je hatte“, meint er. Insbesondere staunt Ilg darüber, daß Logothetis das Projekt fast im Alleingang bewältigte, während andere Gruppen meist einige Experten haben, die sich mit der Kernspintomographie auskennen. Und da ihm die Software nicht ausreichte, schrieb er auch noch sein eigenes Programm zur Bildbearbeitung.

Zunächst hatte Logothetis gezögert, nach Tübingen zu kommen. Der Grund waren Aktionen militanter Gruppen gegen Tierversuche. Zwar sind auch in den USA Tierversuche umstritten, doch könne man dort in der Regel vernünftig diskutieren. „In Deutschland aber verläuft die Diskussion sehr irrational“, meint der Forscher. „Manche Gegner handeln wie religiöse Fanatiker.“

Logothetis entschloß sich zu einer Vorwärtsstrategie: Seine Affen sollten die bestmöglichen Bedingungen erhalten. Sein Credo: „Versuchstiere müssen menschenwürdig behandelt werden. Sie dürfen nicht leiden und sollten unter Bedingungen leben, die ihnen ein Maximum an Gesundheit und Wohlbefinden bieten.“ Die 25 Affen leben gruppenweise in großen Käfigen, mit Spielzeug, mit Kletterbäumen und Klettergerüsten. Zwei Tierpfleger betreuen die Tiere. Hier würden die Affen besser leben als im Zoo, wo er früher gearbeitet habe, meint einer der Pfleger.

Besonders stolz ist Logothetis auf den Operationsraum, in dem er den Tieren die Elektroden einsetzt. Beste medizinische High-Tech, die gesamte Ausstattung stammt ohne Ausnahme aus der Humanmedizin: ein teurer Narkoseapparat, Infusionsapparate, Geräte zum Überwachen der Atem- und Herz-Kreislauf-Funktion. „Hier könnte man jederzeit Menschen operieren“, meint Logothetis. „Damit hat das Institut einen Standard gesetzt, dem andere Labors folgen werden.“

Das Labor hat fünf Versuchskammern, in denen die Tiere arbeiten. In einer Kammer sitzt ein Affe auf seinem Stuhl, vor ihm ein Monitor, auf dem verschiedene Bilder erscheinen. Das Tier dreht den Kopf, schaut neugierig umher, nuckelt hin und wieder an einem Trinkröhrchen. Ab und an greift es ziellos nach den beiden Hebeln, die es links und rechts vor sich sieht. Der Affe beginnt gerade ein einjähriges Training, das jeder Makake durchläuft, bevor er an den eigentlichen Versuchen teilnimmt. Er muß sich an den Stuhl gewöhnen und lernen, bei welchem Bild er welchen Hebel zu betätigen hat. Als Belohnung gibt es Saft.

Bei den eigentlichen Versuchen wird der Kopf des Affen fixiert. Leiden die Affen nicht, wenn sie stundenlang auf dem Stuhl sitzen müssen? „Ganz entschieden: nein“, sagt Nikos Logothetis. Mit leidenden Tieren lasse sich nicht arbeiten. Zwang und Druck, der Entzug von Futter und Wasser seien wirkungslos. „Die Arbeit klappt nur“, sagt der Biologe, „wenn das Tier freiwillig mitmacht.

Der Affe bestimmt den Ablauf. Wenn er nicht mehr will, müssen wir aufhören.“ Doch damit sind nicht alle Gegner zufrieden, denn Logothetis macht Grundlagenforschung, und auch mancher Wissenschaftler lehnt den Eingriff in fremdes Leben zum Zweck reinen Erkenntnisgewinns ab. Logothetis möchte seine Arbeit auch nicht mit einem unmittelbaren praktischen Nutzen rechtfertigen. „Das Gehirn von Primaten ist das komplizierteste Stück Materie, das wir kennen“, sagt er. „Und wir wissen fast nichts darüber.“ Nur durch Forschung direkt am Gehirn lasse sich diese Wissenslücke schließen.

Logothetis und sein zwölfköpfiges Team sind nicht die einzigen, die über das Phänomen der binokularen Rivalität die Funktionsweise des Hirns ergründen möchten. Aber seine Gruppe ist die einzige, die mit Affen arbeitet, und sie führt die umfassendsten Versuchsreihen durch. Wesentlich ist, daß der äußere Reiz immer gleich bleibt. Was sich verändert ist das, was das „innere Auge“ sieht.

Wie das Gehirn die äußeren Reize verarbeitet, ist den Forschern weitgehend ein Rätsel. Sie konzentrieren sich immer noch auf die Frage nach dem „wo“. Wo im Gehirn wird was verarbeitet? Das war auch LogothetisO Ausgangspunkt: „Wir haben uns gefragt, ob es Neuronen gibt, die ganz spezifisch mit Wahrnehmung zu tun haben.“ Logothetis hat dazu in den vergangenen Jahren systematisch untersucht, wie die verschiedenen Sehfelder im Hirn auf Reize zur binokularen Rivalität reagieren.

Seine Ergebnisse widersprechen einer bislang favorisierten These, wonach es eine Art Hierarchie im Gehirn gibt, ein System, in dem Sehreize zur Verarbeitung in einer bestimmten Richtung weitergereicht werden. „Wir finden interaktive Kopplungen, Verbindungen von unten nach oben und umgekehrt; Abkürzungen und Umleitungen, so daß man kaum von klar unterschiedenen Stufen der Verarbeitung sprechen kann“, meint Logothetis.

Seine Versuche werden besonders aufmerksam von Francis Crick und Christof Koch verfolgt. Nobelpreisträger Crick hat sich vor zehn Jahren zusammen mit dem Neurowissenschaftler Koch auf die Suche nach den Grundlagen des Bewußtseins begeben (bild der wissenschaft 7/1997, „Die Suche nach dem Geist“). Im August 1998 verbrachten beide fünf Wochen im Tübinger Institut, um über den Bereich „visuelle Wahrnehmung und Bewußtsein“ zu diskutieren.

Francis Crick hält große Stücke auf seinen 35 Jahre jüngeren Kollegen: „Nikos ist ein extrem intelligenter Mensch, vielseitig, äußerst fleißig, sehr gründlich, und er versteht sehr genau, was er tut.“

Amtssprache in Logothetis‘ Abteilung ist Englisch – die Mitarbeiter kommen fast alle aus den USA. Deutsche Studenten zögern noch. Logothetis vermutet, daß diese Zurückhaltung mit den Tierversuchen zusammenhängt. Vielleicht liegt es aber auch an den hohen Ansprüchen: Biologisches Wissen reicht nicht aus. Seine Studenten benötigen außerdem physikalische und mathematische Kenntnisse, müssen mit Computern umgehen und programmieren können.

Vor allem brauchen sie viel Zeit, denn Logothetis hat aus den USA seinen Arbeitsstil mitgebracht. „Am MIT“, so erinnert er sich, „war das Licht nie aus. Wir haben Tag und Nacht gearbeitet.“ Auch in Tübingen hat seine Arbeitswoche sieben Tage – mit bis zu 16 Stunden im Labor. Wenig Verständnis hat er für Wissenschaftler, die auf 38,5 Stunden pro Woche bestehen. Das ist für ihn Beamtentum, Wissenschaft als Job und nicht als Herausforderung.

Nobelpreisträger Crick, bei seinem Besuch im letzten Herbst 82 Jahre alt, sieht das inzwischen gelassener. Nur halb im Spaß fügte er der Eloge auf seinen jüngeren Kollegen hinzu: „Er sollte nicht so viel arbeiten. Ich fürchte, er bringt sich damit noch um.“

Heinz Horeis / Nikos Logothetis

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