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Neurologie 30. Juni 2005

"Bilder" von der Psyche

Der Allgemeinmediziner und Magister der Wirtschaftspädagogik, Dr. Mag. Karl Hoffmann, behandelt in seiner Kassenpraxis in Wien täglich seine Patienten. Das ist nichts Ungewöhnliches. So "nebenbei" forscht er aber auch in den Tiefen der menschlichen Psyche und studiert an der Donauuniversität Krems, um den "Master of Advanced Studies" in psychosomatischer und psychotherapeutischer Medizin zu erlangen.

Noch dieses Jahr wird Hoffmann seine "Masterthese" einreichen, die sich mit der Darstellung der psychischen Struktur des Menschen befasst. Im Mittelpunkt der Arbeit steht der Versuch, natur- und geisteswissenschaftliche Modelle und Theorien bezüglich des "Hirn-Seele-Problems" auf der Basis von chaostheoretischen und neurophilosophischen Überlegungen (siehe "Glossar") zu integrieren. Seine Forschungsaktivitäten haben zum Ziel, über eine Darstellung der individuellen psychischen Grundstruktur (siehe Abb.) ein diagnostisches Instrument zum Erkennen und Beurteilen psychischer Erkrankungen zu entwickeln.
"Was bisher undenkbar schien, könnte mit Hilfe der Chaostheorie gelingen", hofft der Allgemeinmediziner, der mit unerheblichem technischen Aufwand den Prototyp eines dreidimensionalen EEGs (3D-EEG) entwickelt hat. Im Gespräch mit der ÄRZTE WOCHE erläutert er seine bisherigen Erkenntnisse.

Wo liegen die bisherigen Grenzen bei der Darstellung der psychischen Struktur?

Hoffmann: Mit dem Neuroimaging (s. "Glossar") ist es - trotz beeindruckender Leistungen - bis heute nicht möglich, neuronale Aktivitäten so zu erfassen, dass sie dem Erleben entsprechen. Auch die modernsten Verfahren, wie funktionelle Kernresonanz-Spektroskopie (fNMR/fMRI) oder Magnetenzephalografie (MEG; s. "Glossar"), verfügen nicht einmal annähernd über das Auflösungsvermögen oder die dafür notwendige Reaktionsgeschwindigkeit. Die Entwicklung geht somit immer mehr in die Richtung, die schnellen, aber räumlich schlecht auflösenden Verfahren, das sind EEG und MEG, mit den langsamen, aber räumlich hochauflösenden Verfahren, insbesondere fNMR, zu kombinieren. Selbst wenn dies in optimaler Weise gelingen sollte, ist es wieder "nur" eine quantitative, an anatomische Orte gebundene Aufzeichnung von Hirnaktivitäten, mit der sich feststellen lässt, wo und wann es zu Hirnaktivitäten kommt. Dem dynamischen Prozess der Psyche im komplexen Langzeitverhalten kann man damit auch nicht auf die Spur kommen.

Was hat die Chaostheorie mit der Visualisierung einer psychischen Struktur zu tun?

Hoffmann: Es scheint so zu sein, dass die Chaostheorie, als eine Art übergeordnete Logik, ein Gesamtmodell über das "Funktionieren" der Psyche anbieten könnte. Damit ließen sich biologische, physiologische und philosophische Erkenntnisse über das "Hirn-Seele-Problem" in integrierender Weise vereinen. Beim 3D-EEG wird mit Hilfe der fraktalen Geometrie (s. "Glossar") das Langzeitverhalten des "nicht-linearen Systems" Psyche grafisch aufgezeichnet. Nicht-lineare bzw. offene Systeme finden sich überall in der Natur. Die Chaostheorie als Theorie über das Funktionieren nicht-linearer Systeme ist viel besser geeignet, Vorgänge in der Natur zu erklären als die in der Wissenschaft üblichen linearen Theorien.
Das gemeinsames Merkmal von offenen Systemen ist, dass sie sich mit ihrer Umwelt austauschen. Sie weisen eine bestimmte Struktur auf, die der belgische Nobelpreisträger Prigogine als "dissipative Struktur" (s. "Glossar") bezeichnet hat.

Wie "funktioniert" das von Ihnen entwickelte 3D-EEG?

Hoffmann: Das 3D-EEG erfasst in Form eines Attraktors (s. "Glossar") die dissipative Struktur der Psyche. Dabei werden die Parameter Spannung, Frequenz und Kohärenz (s. "Glossar") in ihrem individuell einzigartigen Zusammenwirken aufgezeichnet. Damit ist es noch immer nicht möglich, im Detail zu erfassen, wie ein Mensch erlebt. Es werden aber hirnphysiologische Parameter in ihrer Wechselwirkung abgebildet, die dem Erleben ziemlich nahe kommen. Die fraktale Eigenschaft der Skaleninvarianz oder die Selbstähnlichkeit eines Attraktors eröffnen für die Hirnforschung faszinierende Möglichkeiten.

Können Sie das näher beschreiben?

Hoffmann: Zeitliche Skaleninvarianz bedeutet, dass die Struktur, die in einer Minute gemessen wird, genauso aussieht wie nach einer einstündigen oder z.B. nach einer Tagesmessung. Sollten sich die theoretischen Überlegungen in einem noch durchzuführenden Projekt bestätigen, wäre mit dem 3D-EEG ein Durchbruch in der Hirnforschung geschafft. Ohne oft nicht durchführbare, aufwändige Langzeitstudien könnte ein überdauernder hirnphysiologischer Zustand erfasst werden. Durch vergleichende Studien wäre es so möglich, der Dynamik verschiedener psychischer Krankheiten, z.B. der Depression oder der Schizophrenie, näher zu kommen. Die Identifizierung eines einheitlichen Wirkmechanismus bei neurophysiologischen Vorgängen wäre z.B. auch bei der Entwicklung von Psychopharmaka eine wertvolle Information, da sie komplizierteste Vorgänge auf ein einfaches Prinzip reduzieren würde.

Wie stellen Sie den Bezug zu psychischen Erkrankungen her?

Hoffmann: Es scheint so zu sein, dass manche psychische Krankheiten durch eine Struktur gekennzeichnet sind, die unter bestimmten Bedingungen zur Dekompensation des Systems führt. Mit der Fassbarmachung einer psychischen Struktur wäre es möglich, durch In-vitro-Messungen, d.h. durch Computersimulation Bedingungen zu prüfen, unter denen ein chaotischer Zustand eintritt.
Das abgebildete 3D-EEG ist zwar technisch noch sehr unausgereift und nur als Demonstration der prinzipiellen Machbarkeit der Darstellung der elektrischen Hirnaktivität in Attraktorform gedacht. Eine Weiterentwicklung ist im aber im Rahmen eines Projektes an der Donauuniversität Krems geplant.

Glossar

Neurophilosophie:
eine gemeinsame Wissenschaft des Geist-Gehirns, die untersucht, welche Anteile philosophischer Theorien sich mit den neurowissenschaftlichen Erkenntnissen in Einklang bringen lassen.

Neuroimaging:
Bildliche Darstellung hirnphysiologischer Vorgänge.

Kernresonanz-Spektroskopie (fNMR bzw. fMRI):
 Beim NMR wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich in einem starken Magnetfeld viele Atomkerne mit ihren Magnetachsen parallel zu den Feldlinien ausrichten. Sie senden nach Störung mit einem Radiowellensignal Hochfrequenzsignale aus, die Aufschluss über die Art und Position des Kerns sowie die physikalische und chemische Beschaffenheit seiner Umgebung liefern. Hiermit lassen sich z.B. mit Hilfe von Wasserstoffkernen genaue anatomische Darstellungen von Gehirnen erzielen. Beim fNMR werden zusätzlich Schwankungen im Sauerstoffgehalt des Blutes in Abhängigkeit von der leistungsabhängigen Stoffwechselaktivität des Gehirns erfasst und bildlich dargestellt. Damit lässt sich anzeigen, wo im Gehirn die neuronale Aktivität lokal erhöht ist.

Magnetenzephalografie (MEG):
Bei dieser Methode werden mit speziellen Aufnahmegeräten (SQUID) Änderungen von Magnetfeldern in Spannungsschwankungen verwandelt. Die mit EEG-Frequenzen wechselnden Magnetfelder können wenige Zentimeter über der Schädeloberfläche von ebenso vielen Orten wie beim EEG registriert werden.

Fraktale Geometrie:
eine mathematische Sprache, mit deren Hilfe es möglich ist, Ordnungsprinzipien in nicht-linearen Systemen beschreibbar und verstehbar zu machen. Fraktale sind Strukturen, die in verschiedenen Größenordnungen ähnliche Muster zeigen.

Dissipation ist Energieabgabe:
Dissipative Strukturen weisen ein dynamisches Fließgleichgewicht mit einem bestimmten zeit-räumlichen Energieverteilungsmuster auf. Es tritt unter systemspezifischen Bedingungen in nicht linearen Systemen plötzlich (emergent) auf. Anders wie in geschlossenen Systemen, bei denen die abgegebene Energie nicht verwertet wird, dient die Dissipation in offenen Systemen dem Aufbau bzw. Erhalt eines Fließgleichgewichts durch autokatalytische Autopoiese (selbstreaktive Selbsterneuerung).

Attraktor:
eine geometrische Struktur, die das Langzeitverhalten eines nicht-linearen Systems grafisch beschreibt. Er beinhaltet die Information über alle möglichen Zustände, die ein System auf lange Sicht gesehen einnehmen kann.

Frequenz:
ein Maß für die Differenzierungsfähigkeit des psychischen Systems, wobei zwischen quantitativer und qualitativer Differenzierung nicht unterschieden werden kann. Die ursprüngliche Information in Form der aufgenommenen Reizmenge und -stärke wird als Frequenz (Impulse) verschlüsselt.

Spannung:
Sie gibt Auskunft über die psychische Dynamik in Form einer Handlungs- und Erlebnisbereitschaft oder - mit anderen Worten - über die Regulations- oder Anpassungsfähigkeit. Eine zu hohe Spannung hemmt die Erregbarkeit und damit die Handlungsbereitschaft. Die abgeleitete Spannung entsteht aus der Summe der elektrischen Ladungen an den Membranen der Nervenzellen der Rindenoberschicht.

Kohärenz:
Sie erfasst das Ausmaß der Integrationsfähigkeit des psychischen Systems durch Synchronisationsvorgänge. Damit verbunden ist die Wahrnehmung eines Ereigniszusammenhangs, also die Permanenz des Erlebens, die ihrerseits wieder von der Aktivierung des Bewertungssystems durch Vergleich mit Gedächtnisinhalten abhängt. Man könnte die Kohärenz auch als "Bewusstseinsfaktor" bezeichnen, da Synchronizität bzw. Gleichzeitigkeit das Merkmal von Bewusstheit schlechthin ist. Bewusstheit entsteht aus der gleichzeitigen Verarbeitung von inneren und äußeren Reizen bzw. Informationen.

Herbert Hauser, Ärzte Woche 34/2003

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