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bdw+ Kolumne|Forschperspektive

Fragen in Warteschleifen

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© Illustration: iStock.com/ilbusca, Bearbeitung: bdw

Auf welchem Weg kommen Entdeckungen in den experimentellen Wissenschaften zustande? Fassen wir es so zusammen: Gut beobachten, neue und richtige Schlüsse daraus ziehen, daraus wiederum die passenden Fragen stellen – und schließlich Ideen entwickeln, wie man diese durch aussagekräftige Experimente prüfen und beantworten kann. Viele große Entdeckungen liefen in etwa nach diesem Schema ab. Und wer diese Kolumne regelmäßig liest, dem dürfte dabei auch wieder klarwerden, was hier schon öfter proklamiert wurde: In der Wissenschaft ist es wichtiger, die richtigen Fragen zu stellen, als Antworten zu finden.

Dies wird auch dadurch dokumentiert, dass das gesamte Schema nach dem Formulieren der Frage oft ins Stocken gerät. Die Beobachtungen sind gemacht, die Schlüsse gezogen und auch die richtigen Fragen sind gestellt – doch man kann sie nicht angehen, da die Methodik dazu noch nicht ausreicht. Und manchmal dauert es ziemlich lange, bis die Technologie den Anforderungen der Frage endlich gerecht werden kann.

Gerade bei vermeintlich großen Enthüllungen passiert das durchaus öfter. Man nehme nur etwa die „Erfindung“ der PCR-Methode und welche Antworten auf schon lange gestellte Fragen dadurch plötzlich möglich wurden – etwa die Frage nach der Struktur ganzer Genome. Oder die stetige Weiterentwicklung der Mikroskopie, durch die man zuerst Zellen und dann immer kleinere Strukturen bis hin zu einzelnen Molekülen und Atomen studieren konnte. Das ermöglichte es, viele neue Antworten auf alte Fragen zu finden – wobei aus den neuen Beobachtungen zugleich auch stetig neue Fragen formuliert werden konnten. Womit ganz nebenbei das Prinzip des stetigen Erkenntnisflusses der Wissenschaft beschrieben ist.

Bleiben wir hier jedoch bei den alten Fragen. Besonders die ganz großen Fragen sind nämlich oftmals geradezu uralt. Die experimentellen Methoden waren lange Zeit schlicht nicht reif genug, um auch nur annähernd befriedigende Antworten liefern zu können. Nehmen wir etwa die Frage: „Wie arbeitet das Gehirn?“ Schon lange ist klar, wie man einen Griff auf mögliche Antworten bekommen könnte: Die Aktivität aller Neuronen gleichzeitig messen und über eine gewisse Zeit aufzeichnen. Doch wie sollte man das tun?

Ein Fenster ins Gehirn

Bis vor etwa 15 Jahren schaffte man es lediglich durch die Kombination mehrerer Methoden, bis zu 2000 Neuronen gleichzeitig zu beobachten. Der Blick ins Hirn war damit immer nur durch ein sehr kleines Fenster möglich, sodass große Teile davon schlichtweg im Dunkeln blieben. Folglich musste man die Ergebnisse immer auf das große Ganze extrapolieren – mit allen Unsicherheiten, logischerweise.

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In den folgenden Jahren gelang es, dieses „Fenster ins Gehirn“ immer mehr auszuweiten, bis man vor neun Jahren erstmals die Aktivität von über 80 Prozent der etwa 100.000 Neuronen im Hirn einer Zebrafisch-Larve aufzeichnen konnte. Möglich wurde dies – na klar – durch eine neue Methode, die als Lichtscheibenmikroskopie bezeichnet wird. Zusätzlich kreierten die Forscher Zebrafisch-Mutanten, deren Nervenzellen im Gegensatz zum Wildtyp ein bestimmtes Indikatorprotein bilden. Dieses fluoresziert genau dann, wenn die Neuronen aktiv werden – und „feuern“. Mit dieser Kombination zeichneten die Studienautoren insgesamt neun Videos der Hirnaktivitäten einer Fischlarve unter verschiedenen Bedingungen auf.

Hört sich doch gut an, oder? Doch auch wenn das Verfahren damals als Durchbruch gefeiert wurde und jede Menge Szenarien entworfen wurden, was damit jetzt alles möglich werde: Einige Hindernisse bleiben. Beispielsweise sind die Zebrafisch-Larven durchsichtig, sodass der Blick ins „aktivitätsblitzende“ Hirn relativ einfach ist. Für analoge Experimente bei Mäusen und Menschen muss man hingegen noch auf weitere methodische Durchbrüche warten.

Ein womöglich noch schöneres Beispiel für eine „alte Frage“ lieferte vor 333 Jahren der irische Naturphilosoph und Politiker William Molyneux. Damals fragte er in einem Brief an John Locke, ob ein blinder Mensch, der beispielsweise Kugel und Würfel nur durch Abtasten kannte, diese beiden Formen sofort auch optisch unterscheiden könne, sobald ihm das Augenlicht wiedergegeben würde. Eine durchaus grundlegende Frage, da sich hinter ihr das viel größere Rätsel verbirgt, wie das Gehirn überhaupt Repräsentationen von Objekten der Außenwelt bildet.

Bis vor kurzem musste die Frage unbeantwortet bleiben, da man Blinde ja schließlich nicht einfach mal so wieder sehend machen kann. Man musste erst warten, bis es gelang, gewisse Formen angeborener Blindheit operativ ausreichend gut zu beheben. Zudem brauchte man Patienten, die bereits alt genug für die entsprechenden Tests waren.

Vor gut zehn Jahren fanden US-Neurowissenschaftler dann über eine Hilfsorganisation tatsächlich fünf „passende“ Kinder zwischen 8 und 17 Jahren, die demnächst operiert werden sollten. Nach dem erfolgreichen Eingriff mussten diese zunächst in einer Lernphase gewisse Formen visuell unterscheiden. Erst danach kam der eigentliche Test: Würden die Kinder Objekte, die sie unmittelbar zuvor mit verbundenen Augen ertasteten, durch reines Betrachten wiedererkennen? Zu Anfang nicht! Die Kinder bekamen die Verbindung zwischen Ertastetem und Erblicktem nicht hin. Das Ergebnis war nicht besser als reines Raten.

Der Schluss war demnach, dass unser Gehirn die Repräsentationen von Objekten nicht kreuzmodal anlegt – was bedeutet, dass die Kinder die gesehenen Objekte nicht mit den Repräsentationen derselben Objekte aus ihrer Tasterfahrung zur Deckung bringen konnten.

Allerdings – und jetzt kommt die gute Nachricht –, nach knapp einer Woche lernten sie es. Alle Fünf konnten Schritt für Schritt die anfängliche Unfähigkeit kompensieren. Ein erstaunliches Ergebnis! Denn bis dahin war man davon ausgegangen, dass die volle neurovisuelle Leistungsfähigkeit nur bis zum Alter von etwa fünf Jahren ausgebildet werden könne. Geschehe das in diesem Entwicklungsfenster nicht, blieben die Defizite dauerhaft bestehen. Die Gehirne der Kinder widerlegten dies jedoch: Auch deutlich später verfügten sie noch über viel mehr Plastizität als bis dahin vermutet.

Gute Antworten, ganz klar. Doch wie gesagt, die Frage danach war schon seit über 300 Jahren formuliert. Und ganz vollständig ist sie auch jetzt noch nicht beantwortet. Denn in Molyneuxs Frage geht es eigentlich darum, ob ein Blinder nach Erwerb des Augenlichts die Dinge visuell wiedererkennt, die er lange zuvor während seiner Blindheit tastend kennengelernt hat. Doch auch dieses Detail dürfte jetzt zumindest nicht mehr an methodischen Barrieren scheitern.


Die Forschperspektive

RALF NEUMANN ist Chefredakteur und Mitherausgeber des „Laborjournal“, das für seinen kritischen Blick auf die biologisch-medizinische Forschung bekannt ist. Zuvor forschte er über die Lichtsteuerung des Pflanzenwachstums.

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