Rund 100 Milliarden Nervenzellen kommunizieren im menschlichen Gehirn miteinander. Pausenlos tauschen sie biochemische Signale aus. Durch 100 Billionen Synapsen untereinander verdrahtet, formen sie ein Gebilde unvergleichlicher Komplexität: Die Anzahl der theoretisch möglichen Kombinationen aller Kontakte, Grundlage der Hirnfunktionen, ist größer als die Gesamtzahl aller Atome im Universum.

Dieser Bauplan ist nach wie vor der Heilige Gral der Hirnforschung. Ob das ehrgeizige Ziel, ihn zu entwirren, je zu erreichen sein wird, steht dahin. An Versuchen fehlt es nicht. Am 17. Juli 1990 erklärte der damalige US-Präsident George Bush das gerade angebrochene Jahrzehnt zum »Jahrzehnt des Gehirns«. Wissenschaftler aus unterschiedlichsten Disziplinen, der Neurobiologie ebenso wie der Molekulargenetik oder der Informatik, einte das gemeinsame Ziel, besser zu verstehen, wie jene rund 1400 Kubikzentimeter Nervengewebe, die das Gehirn bilden, im Detail organisiert sind.

Einmal umfassend enträtselt, so die Vision, könnten die Vorgänge unter der Schädeldecke zielgerichtet beeinflusst werden: Der Medizin würde das Werkzeug zur Bekämpfung zahlreicher Krankheiten in die Hände gelegt. Alzheimer und Parkinson, Sprachschwierigkeiten und Schwerhörigkeit, sogar psychische Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie wären heilbar. Methoden zur Reparatur zerstörter Nervenfortsätze verhießen Hoffnung für Querschnittgelähmte.

Die amerikanische Gehirnoffensive hat aufregende Einsichten in das Denkorgan hervorgebracht. Letzten Monat riefen deutsche Wissenschaftler eine Initiative ins Leben, die nach amerikanischem Vorbild Hirnforschungsprojekte für ein weiteres Jahrzehnt fördern soll.

Moderne Bild gebende Verfahren ermöglichen es Neurowissenschaftlern heute, den grauen Zellen gleichsam live bei der Arbeit zuzuschauen. In den Labors der Molekularbiologen werden Gene enttarnt, die Auslöser verschiedenster Krankheiten sein könnten oder Schlüsselfunktionen bei der Entwicklung des Nervengewebes innehaben. Selbst Gedächtnisgene wurden bereits gefunden.

Wie das Gehirn in seiner Gesamtheit funktioniert, weiß man allerdings immer noch nicht. Die Entschlüsselung einzelner Gensequenzen oder Nervenschaltkreise kann auf diese Frage keine Antwort liefern, weil nur das Zusammenspiel des Systems Gehirn dessen vielfältige Leistungen hervorbringen kann - inklusive des Phänomens Bewusstsein, das manche Forscher für eine Art Abfallprodukt des neuronalen Netzes halten; andere sehen darin ein Schöpfungsmysterium, dessen Natur der Mensch mit seinem eigenen Denkvermögen nie werde ergründen können.

Ist das menschliche Gehirn eine Art Superrechner? »Anders als beim Computer«, so der Frankfurter Hirnforscher Wolf Singer, »lässt sich im Gehirn eine Trennung zwischen Hardware und Software nicht vornehmen.« Das Programm für Hirnfunktionen werde ausschließlich durch die hochspezifische Verschaltungsarchitektur der Nervenzellen festgelegt.

Eine Kopplung zwischen Hirn und Computer eröffnet eine Reihe von neuen Therapiemöglichkeiten (siehe Grafik Seite 154). Dutzende von Forscherteams arbeiten an elektronischen Seh- und Hörhilfen, an Hirnschrittmachern für Parkinsonkranke, an intelligenten Prothesen sowie an Computern, die an die Hirnströme gelähmter Patienten angeschlossen werden sollen.

So hat Niels Birbaumer, Direktor des Instituts für medizinische Psychologie und Verhaltensneurobiologie an der Universität Tübingen, eine Art Gedankenübersetzungsprogramm entwickelt. Patienten, die aufgrund eines Hirnstamminfarkts oder einer zerstörerischen Nervenerkrankung wie amyotrophischer Lateralsklerose vollständig gelähmt sind, bleiben in vielen Fällen zu einem Leben in völliger Isolation von der Außenwelt verdammt. Obwohl ihr Gehirn weiterhin funktioniert, ist ihnen jegliche Möglichkeit zur Kommunikation genommen ("Locked-in-Syndrom").

Birbaumer arbeitet seit rund sieben Jahren an einer Methode, mit der einige dieser Patienten allein durch ihre eigenen Hirnströme, die mittels aufgeklebter Elektroden vom Schädel abgeleitet werden, einen Cursor über einen Computermonitor steuern und damit - extrem langsam und nach monatelangem Biofeedback-Training - selbständig Texte schreiben können. Inzwischen hat Birbaumer sechs Patienten verkabelt. Neuerdings können sie nicht nur Buchstaben auswählen, sondern auch hirnstromgesteuert im Internet surfen.

Ähnlich verfahren Philip Kennedy von der US-Firma Neural Signals und Roy Bakay von der Emory University in Atlanta. Ihr Ansatz beruht jedoch auf einem ungleich dramatischeren Eingriff als Birbaumers EEG-Sensoren: Bakay implantiert seinen Patienten eine glasummantelte Elektrode direkt ins Gehirn - in den Bereich der Großhirnrinde, der für die Steuerung von Bewegungen zuständig ist.

Denkt der Patient daran, seine Hände zu bewegen, beginnen die Neuronen in dem betreffenden Hirnareal zu feuern. Das Signal wird an einen Computer übertragen, der verschiedene Befehle ausführen kann. Birbaumer steht dieser Methode kritisch gegenüber: »Diese Patienten sind ohnehin extrem infektionsgefährdet«, erklärt er, »man muss ihnen nicht auch noch den Schädel aufstemmen und ein Kabel in den Kopf legen, wenn es auch anders geht.«

Die Sprache der Nervenzellen bleibt bislang ein Geheimnis. Zwar gibt es schon seit einigen Jahren ein Cochlea-Implantat. Es sitzt im Ohr und versorgt den Hörnerv über bis zu 22 Elektroden mit Informationen über das, was ein winziges Mikrofon an Lauten empfängt. Doch seine Stromimpulse entsprechen nicht denen, die ein gesundes Innenohr an das Gehirn sendet. Die Elektronik ordnet den empfangenen Frequenzen ein Muster von Stromimpulsen zu. Nur weil das Gehirn des Implantat-Trägers lernt, die Folge der elektrischen Reize zu sinnvollen Informationen zu verarbeiten, können Träger eines Cochlea-Implantats wieder hören. Das Hirn eines Erwachsenen, der seit Geburt taub ist, würde an der Interpretation scheitern.

Ein Sehchip für Blinde, der die Funktion der Millionen von Stäbchen und Zapfen in der Netzhaut des gesunden Auges übernehmen und den Sehnerv mit Dateninput versorgen soll, befindet sich derzeit noch am Anfang seiner Entwicklung (siehe Seite 140).

Für Visionäre reicht das Potenzial der Neuron-Chip-Allianz weit über die rein therapeutische Anwendung hinaus. Nicht nur zur Wiederherstellung verloren gegangener Funktionen, meinen sie, eigne sich die Verschmelzung mit der Mikroelektronik - sie eröffne dem menschlichen Gehirn sogar eine Art Systemerweiterung.

Der amerikanische Computertüftler Ray Kurzweil prophezeit in seinem jüngsten Buch »The Age of Spiritual Machines« eine Co-Evolution von Mensch und Computer. Schon Mitte

des Jahrhunderts, glaubt Kurzweil, werden Gehirn und Computer vielfältig miteinander verbunden sein. Mit Hilfe biokompatibler Neuroimplantate werde man die Rechen- und Gedächtnisleistung des Gehirns dann nach Belieben aufrüsten können.

Zudem wird es laut Kurzweil direkte Verbindungen zwischen menschlichen Gehirnen und Computern geben, die es ermöglichen, den Inhalt jedes Hirns zu scannen und Lebenserinnerungen samt Persönlichkeit in einen Datenspeicher zu transferieren.

In bescheidenem Maßstab ist eine hybride Verbindung zwischen Neuron und Siliziumbauelement schon realisierbar. Die Neuron-Silizium-Einheit, die der Physiker Peter Fromherz, Chef der Abteilung für Membran- und Neurophysik am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München, 1991 erstmals zusammensetzte, enthielt allerdings nur eine einzige Zelle - und die stammte von einem Blutegel. Mittlerweile ist er auf Schneckenneuronen umgestiegen. Zwei davon hat er auf einem Halbleiter zu platzieren vermocht. Jetzt experimentiert er mit dreien.