The mind’s mirror

Sie spazieren durch einen Park, als aus dem Nichts der Mann vor Ihnen von einem verirrten Frisbee getroffen wird. Automatisch zucken Sie vor Mitleid zurück. Oder Sie schauen einem Rennen zu und spüren, wie Ihr eigenes Herz vor Aufregung rast, wenn die Läufer darum wetteifern, als Erster die Ziellinie zu überqueren. Oder Sie sehen eine Frau, die an einem unbekannten Lebensmittel riecht und rümpfen angewidert die Nase. Plötzlich dreht sich einem der Magen um beim Gedanken an das Essen.

Jahrelang haben solche Erfahrungen Psychologen, Neurowissenschaftler und Philosophen vor ein Rätsel gestellt, die sich gefragt haben, warum wir auf die Handlungen anderer Menschen auf einer derartigen Bauch-Ebene reagieren. Wie können wir so unmittelbar und instinktiv ihre Gedanken, Gefühle und Absichten verstehen?

Nun glauben einige Forscher, dass eine neue Entdeckung, die sogenannten Spiegelneuronen, eine neurowissenschaftlich fundierte Antwort auf diese Fragen geben könnte. Spiegelneuronen sind eine Art von Gehirnzellen, die gleichermaßen reagieren, wenn wir eine Handlung ausführen und wenn wir sehen, wie jemand anderes dieselbe Handlung ausführt. Sie wurden erstmals in den frühen 1990er Jahren entdeckt, als ein italienisches Forscherteam einzelne Neuronen im Gehirn von Makakenaffen fand, die sowohl feuerten, wenn die Affen einen Gegenstand griffen, als auch, wenn sie einen anderen Primaten dabei beobachteten, wie er denselben Gegenstand griff.

Der Neurowissenschaftler Dr. Giacomo Rizzolatti, der mit seinen Kollegen von der Universität Parma die Spiegelneuronen erstmals identifiziert hat, sagt, dass die Neuronen helfen könnten zu erklären, wie und warum wir die Gedanken anderer Menschen „lesen“ und Empathie für sie empfinden. Wenn das Beobachten einer Handlung und das Ausführen dieser Handlung bei Affen die gleichen Teile des Gehirns aktivieren kann – bis hin zu einem einzelnen Neuron -, dann macht es Sinn, dass das Beobachten einer Handlung und das Ausführen einer Handlung auch bei Menschen die gleichen Gefühle hervorrufen könnte.

Das Konzept mag einfach sein, aber seine Auswirkungen sind weitreichend. In den letzten zehn Jahren hat die Forschung immer mehr Hinweise darauf geliefert, dass Spiegelneuronen nicht nur Empathie, sondern auch Autismus (siehe Seite 52) und sogar die Evolution der Sprache (siehe Seite 54) erklären könnten.

Der Psychologe V.S. Ramachandran, PhD, hat die Entdeckung der Spiegelneuronen sogar als eine der „wichtigsten unpublizierten Geschichten des Jahrzehnts“ bezeichnet.

Aber diese Geschichte steht erst am Anfang. Forscher konnten noch nicht nachweisen, dass Menschen einzelne Spiegelneuronen wie Affen haben, aber sie haben gezeigt, dass Menschen ein allgemeineres Spiegelsystem haben. Und die Forscher fangen gerade erst an, über den motorischen Kortex hinauszugehen, um herauszufinden, wo im Gehirn diese Neuronen sonst noch sitzen könnten.

Die erste Studie

Die Entdeckung der Spiegelneuronen verdankt sich ebenso sehr dem Zufall wie dem Können. In den 1980er Jahren hatten Rizzolatti und seine Kollegen herausgefunden, dass einige Neuronen in einem Bereich des prämotorischen Kortex von Makakenaffen namens F5 feuerten, wenn die Affen Dinge taten, wie nach einer Erdnuss zu greifen oder zu beißen.

Die Forscher wollten mehr darüber erfahren, wie diese Neuronen auf verschiedene Objekte und Handlungen reagierten, also verwendeten sie Elektroden, um die Aktivität einzelner F5-Neuronen aufzuzeichnen, während sie den Affen verschiedene Objekte zum Anfassen gaben.

Sie bemerkten schnell etwas Überraschendes: Wenn sie ein Objekt – zum Beispiel eine Erdnuss – aufhoben, um es dem Affen zu reichen, begannen einige der motorischen Neuronen des Affen zu feuern. Noch überraschender war, dass dies dieselben Neuronen waren, die auch feuerten, wenn der Affe selbst die Erdnuss ergriff.

Die Forscher fanden heraus, dass einzelne Neuronen nur auf ganz bestimmte Aktionen reagierten. Ein Spiegelneuron, das feuerte, wenn z.B. der Affe eine Erdnuss griff, feuerte auch nur, wenn der Experimentator eine Erdnuss griff, während ein Neuron, das feuerte, wenn der Affe eine Erdnuss in den Mund steckte, auch nur feuerte, wenn der Experimentator eine Erdnuss in seinen eigenen Mund steckte.

Die Forscher schrieben über ihren unerwarteten Befund 1992 in der Zeitschrift Experimental Brain Research (Vol. 91, No. 1, Seiten 176-180). Vier Jahre später nannten sie ihre Entdeckung in der Zeitschrift Brain (Bd. 119, Nr. 2, Seiten 593-609) „Spiegelneuronen“.

„Wir hatten Glück, denn es gab keine Möglichkeit zu wissen, dass solche Neuronen existieren“, sagt Rizzollati. „Aber wir waren auf dem richtigen Gebiet, um sie zu finden.“

Von Affen zu Menschen

Nachdem die Forscher die Spiegelneuronen bei Affen identifiziert hatten, war der nächste Schritt, sie bei Menschen zu suchen. Aber sie konnten die Aktivität einzelner Neuronen beim Menschen nicht so aufzeichnen wie bei den Affen, weil dazu Elektroden direkt am Gehirn angebracht werden müssen.

Die erste menschliche Spiegelneuronenstudie untersuchte stattdessen das Zucken der Handmuskeln. In einer 1995 im Journal of Neurophysiology (Vol. 73, No. 6, Seiten 2.608-2.611) veröffentlichten Arbeit zeichneten Rizzolatti und der Neurowissenschaftler Luciano Fadiga, MD, PhD, jetzt an der Universität von Ferrara, motorisch evozierte Potenziale – ein Signal, dass ein Muskel bereit ist, sich zu bewegen – von den Handmuskeln der Teilnehmer auf, während diese dem Experimentator beim Greifen von Objekten zusahen. Sie fanden heraus, dass diese Potenziale mit den Potenzialen übereinstimmten, die aufgezeichnet wurden, wenn die Teilnehmer tatsächlich Objekte selbst griffen.

Seitdem haben die meisten Studien über das menschliche Spiegelneuronensystem eine Art von Neuroimaging verwendet, in der Regel funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI). Der Neurowissenschaftler Marco Iacoboni, MD, PhD, von der University of California, Los Angeles, nutzte beispielsweise die fMRT, um die Hirnaktivität von College-Studenten darzustellen, während sie den Versuchsleitern dabei zusahen, wie sie Fingerbewegungen machten, und während sie selbst die gleichen Fingerbewegungen machten. In der Studie, die in Science (Vol. 286, Nr. 5.449, Seiten 2.526-2.528) veröffentlicht wurde, fanden Iacoboni und seine Kollegen in beiden Situationen Aktivität in einigen der gleichen Bereiche des frontalen Kortex und des Parietallappens.

Der Unterschied zwischen den bildgebenden Studien am Menschen und den elektrophysiologischen Studien am Affen ist eine Frage des Maßstabs, erklärt der Psychologe Christian Keysers, PhD, der das menschliche Spiegelneuronen-System an der Universität Groningen in den Niederlanden untersucht.

„Wenn wir Signale von Neuronen in Affen aufzeichnen, können wir wirklich wissen, dass ein einzelnes Neuron sowohl daran beteiligt ist, die Aufgabe zu erledigen als auch zu sehen, wie jemand anderes die Aufgabe erledigt“, sagt er. „Mit der Bildgebung weiß man, dass man innerhalb eines kleinen Kästchens von etwa drei Millimetern mal drei Millimetern mal drei Millimetern die Aktivierung sowohl vom Tun als auch vom Sehen hat. Aber dieser kleine Kasten enthält Millionen von Neuronen, so dass man nicht sicher sein kann, dass es sich um dieselben Neuronen handelt – vielleicht sind sie nur Nachbarn.“

Mit anderen Worten: Obwohl die Forscher Beweise für ein Spiegelsystem beim Menschen gefunden haben, müssen sie die Existenz einzelner Spiegelneuronen außerhalb von Affen noch beweisen. Deshalb, sagt Keysers, ist es wichtig, dass Forscher das Spiegelsystem sowohl bei Affen als auch bei Menschen weiter untersuchen.

Über den motorischen Kortex hinaus

Alle ursprünglichen Spiegelneuronen-Studien untersuchten Affen und Menschen, während sie Handlungen ausführten und andere bei Handlungen beobachteten. Dafür gibt es einen guten Grund, sagt Keysers – die motorischen Areale des Gehirns gehören zu den am besten verstandenen und gut kartierten, so dass es einfacher ist zu wissen, wo man nach bestimmten Neuronen dort suchen muss.

Aber einige der interessantesten Fragen, die die Spiegelneuronen aufwerfen, können nicht von den motorischen Neuronen allein beantwortet werden – die Forscher wollen verstehen, wie wir die Emotionen und Empfindungen anderer Menschen wahrnehmen, nicht nur ihre Handlungen.

Keysers und seine Kollegen untersuchen genau diese Fragen. In einer aktuellen Studie untersuchten er und der Neurowissenschaftler Bruno Wicker, PhD, mit Hilfe der fMRT die Emotion des Ekels. In ihrer 2003 in der Zeitschrift Neuron (Vol. 40, Nr. 3, Seiten 655-664) veröffentlichten Studie untersuchten sie die Gehirne von 14 männlichen Teilnehmern, während sie schädliche Gerüche einatmeten – wie Buttersäure, die wie verfaulte Butter riecht – und während sie einen Film sahen, in dem ein Schauspieler sein Gesicht zu einem angewiderten Blick verzog. Die Forscher fanden heraus, dass sowohl das Gefühl des Ekels als auch das Betrachten eines angewiderten Gesichtsausdrucks ein bestimmtes Segment eines olfaktorischen Areals im Gehirn der Teilnehmer aktivierte, das als vordere Insula bezeichnet wird.

In einer weiteren Studie, die ebenfalls in Neuron (Vol. 42, No. 2, Seiten 335-346) veröffentlicht wurde, untersuchten Keysers und seine Kollegen die „taktile Empathie“, also wie wir den Anblick von Berührungen anderer Menschen erleben. Er fand heraus, dass derselbe Bereich des somatosensorischen Kortex sowohl aktiv war, wenn die 14 Teilnehmer – diesmal sowohl Männer als auch Frauen – mit einem federähnlichen Gerät leicht am Bein berührt wurden, als auch, wenn sie Bilder von jemandem sahen, der an derselben Stelle berührt wurde.

„Das Grundlegende, was wir in meinem Labor versuchen, ist, über die ursprüngliche motorische Beschreibung der Neuronen hinaus zu einem allgemeineren Phänomen zu gelangen – wie wir die Berührung, Emotionen und Schmerzen anderer wahrnehmen“, sagt Keysers.

Andere Forscher interessieren sich dafür, ob Spiegelneuronen nicht nur auf Handlungen oder Emotionen anderer Menschen reagieren, sondern auch auf die Absicht hinter diesen Handlungen.

„Man nimmt vielleicht eine Teetasse in die Hand, weil man einen Schluck nehmen will, oder weil man den Tisch abräumt“, sagt Marco Iacoboni. „Die Frage ist, ob Spiegelneuronen den Unterschied erkennen können.“

In einer aktuellen Studie, die in PLOS Biology (Vol. 3, No. 3, Seiten 529-535) veröffentlicht wurde, fanden er und seine Kollegen einige Hinweise darauf, dass sie es können. Die Forscher untersuchten 23 Teilnehmer mit fMRI, während sie Videos von einer Hand sahen, die eine Teetasse aufhob. In einem Video stand die Teetasse auf einem Tisch inmitten einer Kanne mit Tee und einem Teller mit Keksen – ein Signal, dass eine Teeparty im Gange war und die Hand die Tasse ergriff, um einen Schluck zu nehmen. In einem anderen Video war der Tisch unordentlich und mit Krümeln übersät – ein Zeichen dafür, dass die Party vorbei war und die Hand den Tisch abräumte. In einem dritten Video war die Tasse allein, losgelöst von jedem Kontext. Die Forscher fanden heraus, dass die Spiegelneuronen im prämotorischen Kortex und anderen Hirnarealen stärker auf die Handlungen reagierten, die in den Kontext der Teeparty eingebettet waren, als auf die kontextlose Szene.

„Das deutet darauf hin, dass die Neuronen sowohl für das Verständnis von Absichten als auch von Handlungen wichtig sind“, sagt Iacoboni.

Nimmt man all diese Beweise zusammen, scheint es klar, dass Spiegelneuronen ein Schlüssel zum Verständnis sind, wie Menschen in einer komplexen sozialen Welt überleben und gedeihen, sagt der Neurowissenschaftler Vittorio Gallese, MD, PhD, einer von Rizzolattis Kollegen an der Universität von Parma.

„Dieser neuronale Mechanismus ist unwillkürlich und automatisch“, sagt er – damit müssen wir nicht darüber nachdenken, was andere Menschen tun oder fühlen, wir wissen es einfach.

„Es scheint, dass wir so verdrahtet sind, dass wir andere Menschen als ähnlich zu uns sehen, anstatt als anders“, sagt Gallese. „Im Grunde genommen identifizieren wir als Menschen die Person, der wir gegenüberstehen, als jemanden, der uns selbst ähnlich ist.“