Science
07.08.2014

Elektrisches Doping: Mit Gleichstrom zum Superhirn

Durch Anlegen von elektrischer Spannung am Kopf kann die Leistungsfähigkeit des Gehirns gesteigert werden. Ein Experte erklärt die Hintergründe.

Das menschliche Gehirn ist ein komplexes, elektrochemisches System. Dementsprechend kann es mit elektromagnetischen Feldern beeinflusst werden. Das funktioniert entweder mit starken Magneten oder mit Strom. Auf diese Weise lässt sich sogar die Leistungsfähigkeit des Gehirns steigern.

“Man weiß, dass grundlegende Gehirnfunktionen, wie das Lernen und andere kognitive Prozesse, in der Stärkung und Schwächung der Verbindungen zwischen Nervenzellen ihren Ursprung haben. Mit einem schwachen Strom kann die Erregbarkeit von Nervenzellen verändert werden. So können die Verbindungen beeinflusst werden. Dass der Lernerfolg gesteigert werden kann, ist erwiesen”, erklärt Michael Nitsche von der Universität Göttingen, einer der Pioniere auf dem Gebiet der sogenannten “transkraniellen Gleichstromstimulation” (tDCS), bei der das Gehirn mit schwachen elektrischen Strömen angeregt wird.

Gleichstromstimulation

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Was wie Science Fiction klingt, ist mittlerweile längst nicht mehr nur in den Labors von Forschern zu finden. Die US-amerikanische Firma foc.us hat kürzlich ein Headset auf den Markt gebracht, das es Nutzern erstmals ermöglicht, ihre Frontallappen in ihren eigenen vier Wänden elektrisch zu stimulieren. Dadurch sollen Computerspieler ihre Fähigkeiten verbessern können. Als Lernhilfe wird das foc-us tDCS-Headset nicht vermarktet, wohl auch um den Zulassungsprozessen als medizinisches Gerät zu entkommen.

Auf der Webseite heißt es ausdrücklich, dass es sich nicht um ein medizinisches Gerät handle, eine Prüfung durch die US-Gesundheitsbehörde FDA liege deshalb nicht vor. Trotzdem enthält die Gebrauchsanweisung eine prominent platzierte Warnung, laut der es sich nicht um ein Spielzeug handelt.

Leichter lernen

Selbst wenn die Risiken außer Acht gelassen werden, sind große Erfolge von einem Gerät für den Heimgebrauch nicht zu erwarten, da das genau abgestimmte Umfeld und die Expertise aus den Labors fehlen. Selbst in den Forschungseinrichtungen ist die Funktionsweise der tDCS noch längst nicht restlos verstanden. “Eine Lernverbesserung ist auch langfristig nachgewiesen. In einer Studie wurden Probanden beispielsweise fünf Tage lang beim Lernen stimuliert, die verbesserte Lernleistung blieb daraufhin drei Monate aufrecht”, sagt Nitsche. Im Labor konnten Versuchspersonen beispielsweise ihren Lernerfolg beim Erwerb einer künstlichen Sprache deutlich verbessern. “Eine Steigerung von rund zehn Prozent konnte in Studien schon nachgewiesen werden. Das reicht für derzeitige Experimente aus. Es gibt derzeit aber keine Studien, die versuchen, möglichst große und klare Effekte zu erzeugen. Es wird stattdessen versucht, die physiologischen Grundlagen zu verstehen”, sagt Nitsche.

Ob tDCS Menschen tatsächlich “klüger” macht, ist - abgesehen von der unscharfen Definition des Begriffs Intelligenz - nicht untersucht. “Einige Einschränkungen müssen bedacht werden: Bei allen Ergebnissen handelt es sich um kontrollierte Laborstudien mit spezifischer Aufgabenstellung. Für Aufgaben wie das Lösen eines IQ-Tests gibt es keine Studien, es ist aber vorstellbar, dass auch hier eine Verbesserung möglich ist”, so Nitsche.

Wer sich eine Denkkappe erhofft, die ihren Träger auf Knopfdruck zum Einstein macht, wird vorerst enttäuscht werden. Zum einen ist der Effekt immer nur unterstützend, das Lernen bleibt also auch Personen unter Strom nicht erspart. Zum anderen kann das Ergebnis individuell variieren, genau wie bei einer Behandlung mit leistungsfördernden Medikamenten. Selbst eine Verschlechterung der Lernleistung kann durch die Stimulation eintreten. “Die Erwartungen der Menschen sind sicher überzogen. Ein Klavierschüler wird auch mit tDCS nach zwei Monaten nicht wie Lang Lang spielen”, sagt Nitsche.

Keine Denkkappe

Ob es je ein Gerät für den Heimgebrauch geben wird, das den Anforderungen von Experten genügt, ist noch unklar. “Ob tDCS je handhabbar wird, ist nicht sicher. Eine alltagstaugliche Lösung müsste gefahrlos und einfach zu bedienen sein. Ob das bei gesunden Menschen möglich ist, weiß ich nicht. Ich würde derzeit nicht viel Geld darauf setzen”, so Nitsche. Auch technisch sind noch längst nicht alle Probleme ausgeräumt. “Die Muster beim Lernen im menschlichen Gehirn sind äußerst komplex und betreffen kleine Neuronenpopulationen. Eine spezifische Ansteuerung ist derzeit technisch unmöglich. Unsere Stimulation ist sehr großflächig. Deshalb können wir keine Fähigkeiten ins Gehirn ‘schreiben’”, erklärt Nitsche.

Durch die Stimulation mit Elektroden, die auf die Haut aufgelegt werden, sind nur oberflächliche Gehirnareale zu erreichen. Durch Netzwerkeffekte werden zwar auch tieferliegende Neuronen stimuliert, das funktioniert aber nicht selektiv. Wenn die Technik verbessert werden kann, könnte sie auch für die Behandlungen von Störungen im Hirn eingesetzt werden. “Es gibt eine große Gruppe von psychologischen Krankheiten, die möglicherweise zukünftig mit tDCS behandelt werden könnten. Bei Depressionen etwa hat sich die Stimulation des Frontallappens in Studien bewährt. Auch bei chronischen Schmerzen oder bei Patienten mit sprachlichen oder motorischen Defiziten nach Schlaganfällen wird tDCS verwendet”, so Nitsche. Bei diesen Ergebnissen handelt es sich allerdings nur um Studien, Routineanwendungen gibt es derzeit nicht.

Bislang keine Schäden

Der langfristige Efekt der tDCS-Behandlung entsteht durch eine Veränderung des chemischen Gleichgewichts durch die Stimulation mit Strom. Dadurch kann sich die Zahl bestimmter Rezeptoren in den Schaltstellen zwischen den Neuronen erhöhen. Zu Komplikationen durch die Beeinflussung des Gehirns ist es - zumindest im Labor - bislang nicht gekommen. “Wir haben keine Hinweise darauf, dass es bei gesunden Probanden zu Problemen kommt. Es gab zwar vereinzelt Hautreizungen, aber keine neuronalen Schädigungen. Allerdings wurden schon Verschlechterungen der Leistung festgestellt. Das alles gilt aber nur für kurzzeitige Stimulation. Über die Langzeitfolgen kann niemand etwas sagen, weil Daten fehlen”, so Nitsche.

Bevor Menschen anfangen in großer Zahl beginnen, ihre Gehirne im Selbstversuch unter Strom zu setzen, müssen deshalb noch weitere Versuche gemacht werden. “Das Problem beim Heimgebrauch sind die unkontrollierten Bedingungen. Vorerkrankungen, Qualität des Elektrodenkontakts und andere Faktoren spielen eine Rolle. Es ist potenziell problematisch für die Gesundheit, wenn Personen ohne Ahnung solche Geräte wieder und wieder verwenden. Die Nutzer wissen nicht einmal, welche Gehirnregion sie gerade stimulieren”, erklärt Nitsche.

Populäres Konzept

Ob eine Verbreitung von tDCS überhaupt gewünscht wird, ist zudem fraglich. Ähnlich wie bei der Anwendung leistungssteigernder Medikamente ist auch die Hirnstimulation mit Strom eng mit ethischen Fragen verbunden. “Die Extrempositionen sind ‘super, wenn wir das Hirn verbessern können und die Leute das wollen, machen wir das’ und ‘das führt zum Verlust der Selbstbestimmung, weil jeder gezwungen wäre, das zu tun, und zu einer Zweiklassengesellschaft, in der Reiche sich leistungsfähige Hirne kaufen’. Es gibt gute Argumente für beide Positionen”, so Nitsche.

Ob solche Überlegungen Interessenten, die ihre geistige Leistungsfähigkeit steigern wollen, abhalten kann, bleibt aber fraglich. Erste Interessensgruppen im Netz empfehlen den Einsatz von tDCS bereits. “Am Ende muss jeder selbst wissen, ob er sein Hirn stimulieren will. Die Verbreitung von tDCS hat bereits begonnen, mit Personen, die ihre eigenen Geräte bauen und dem Foc.us-Headset”, sagt Nitsche.

Einen Selbstversuch der futurezone mit einem Gleichstrom-Headset gibt es morgen an dieser Stelle.