Wo die Fantasie in Ihrem Gehirn lebt

Die Fähigkeit, mögliche Zukünfte oder alternative Realitäten heraufzubeschwören, ist die Kehrseite der Erinnerung. Beide Fähigkeiten liegen in der Gehirnregion namens Hippocampus zusammen

Henry Molaison, jahrelang als „HM“ bekannt, war bekanntermaßen nicht in der Lage, neue Erinnerungen zu bilden. Wenn jemand, den er getroffen hatte, den Raum verließ und einige Minuten später zurückkam, grüßte er die Person noch einmal, als wäre es das erste Mal. Aufgrund einer Operation zur Behandlung hartnäckiger Epilepsie fehlte H M. eine seepferdchenförmige Gehirnstruktur namens Hippocampus und er litt unter Amnesie. Sein Fall trug dazu bei, den Hippocampus als Gedächtnismaschine zu etablieren.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler ein weiteres wesentliches Defizit entdeckt, das Menschen mit Hippocampus-Amnesie belastet: Sie können sich nicht vorstellen, wie viele Möglichkeiten es zu berücksichtigen gilt, um Zukunftspläne zu schmieden. Als Forscher eine Gruppe von Menschen mit Hippocampusschäden baten, sich selbst in einer fiktiven Szene zu beschreiben – zum Beispiel, wie sie an einem weißen Sandstrand liegen – blieben sie weitgehend leer und produzierten nur fragmentierte Bilder. Im Gegensatz dazu zeigten Gehirnscans gesunder Menschen, dass ihr Hippocampus noch stärker aktiviert war, wenn sie sich die Zukunft vorstellten, als wenn sie die Vergangenheit heraufbeschworen.

Studien zur neuronalen Aktivität bei Ratten stützen seitdem die Annahme, dass der Hippocampus eine zentrale Rolle in der Vorstellungskraft spielt. „Es ist immer noch dafür verantwortlich, Erinnerungen an das zu schaffen, was gerade passiert“, sagt Loren Frank, Systemneurowissenschaftler am Howard Hughes Medical Institute und der University of California in San Francisco. „Und nun scheint es auch für die Umsetzung von Möglichkeiten verantwortlich zu sein.“ Frank und seine Kollegen bringen ihre Argumente in einem Artikel mit dem Titel „Imagination as a Fundamental Function of the Hippocampus“ vor, der in Philosophical Transactions of the Royal Society B veröffentlicht wurde.

Diese Doppelrolle ist laut Experten sinnvoll, auch weil die Vorstellungskraft weitgehend, wenn nicht ausschließlich, vom Gedächtnis abhängt. „Warum sprechen wir über Vorstellungskraft getrennt von Erinnerung? Aus öffentlicher Sicht ist es eine verrückte Idee, gemeinsam darüber zu reden. Aber man kann es auf einfache Weise sagen: Es gibt absolut keine Möglichkeit, sich etwas ohne die Vergangenheit vorzustellen.“ „, sagt György Buzsáki, ein Systemneurowissenschaftler an der New York University, der nicht an der Arbeit beteiligt war.

Darüber hinaus beinhalten beide Fähigkeiten im Wesentlichen den gleichen Prozess: die Kombination von Erfahrungsstücken mit Emotionen, inneren Kommentaren und Dingen, von denen Menschen gelesen oder gehört haben, sagt Donna Rose Addis, kognitive Neurowissenschaftlerin am Rotman Research Institute in Toronto und der University of Toronto Toronto, der an der jüngsten Überprüfung ebenfalls nicht beteiligt war. Dieser Prozess kann sogar Erinnerungen verzerren, indem er sie mit imaginärem Material vermischt. „Erinnerung ist eine Form der Vorstellungskraft“, sagt Addis.

Aus Franks Sicht gibt die Vorstellungskraft dem Gedächtnis einen Zweck: Sie hilft uns, Entscheidungen auf der Grundlage des Gelernten zu treffen – zum Beispiel die Entscheidung, ein Lebensmittel zu meiden, das uns einst krank gemacht hat. „Aus evolutionärer Sicht sind wir ziemlich sicher, dass der Zweck von Erinnerungen tatsächlich in der Zukunft liegt“, sagt Frank. „Erinnerungen ermöglichen es Ihnen, Erfahrungen, die Sie gemacht haben, abzurufen, um Vorhersagen darüber zu treffen, was als nächstes passieren wird.“ Diese Kette neuronaler Ereignisse läuft sogar auf sich selbst zurück. Wir müssen auch Erinnerungen an unsere Zukunftssimulationen bilden, damit wir, wenn wir eine Erfahrung machen, etwas haben, auf das wir zurückgreifen können. „Wir haben herausgefunden, dass die Kodierung einer imaginären Simulation auch den Hippocampus betrifft“, sagt Addis.

Viele der neueren Beweise dafür, dass die Vorstellungskraft im Gehirn wurzelt, basieren auf einer mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Entdeckung von „Ortszellen“ im Hippocampus aus den 1970er Jahren. Wenn eine Ratte durch ein Labyrinth läuft, ändert sich die Aktivität dieser Zellen auf vorhersehbare Weise, basierend auf der Position des Tieres im Labyrinth. Diese Hippocampuszellen sagen einem Tier, wo es sich auf der Welt befindet. Diese Funktion schien sich von der Vorstellung zu unterscheiden, bis Frank und seine Kollegen zeigten, dass die Aktivität dieser Zellen nicht immer den tatsächlichen Standort eines Tieres widerspiegelt.

Die Feuermuster der Ortszellen wiederholen sich bei Ratten etwa achtmal pro Sekunde und bilden den sogenannten Theta-Rhythmus. Und innerhalb jedes Zyklus, so stellten die Forscher fest, ändern sich die Muster schrittweise und stellen drei verschiedene zeitlich getrennte Standorte für das Tier dar: den Ort, an dem es sich gerade befand, seine aktuelle Position und, am Ende des Zyklus, einen möglichen bevorstehenden Standort. „Die neuronale Aktivität hat diese unverwechselbare Struktur, in der sie zu bestimmten Zeitpunkten wie das aussieht, was das Tier in der Gegenwart erlebt. Zu diesen anderen Zeitpunkten sieht es wie eine imaginäre Erfahrung aus“, sagt Kenneth Kay, Postdoktorand am Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute an der Columbia University und Co-Autor des Artikels.

Was sich eine Ratte in einem bestimmten Zyklus vorzustellen scheint, ist unterschiedlich. Wenn sich die Ratte einer T-Kreuzung in einem Labyrinth nähert, wechselt die späte Theta-Aktivität zwischen zwei möglichen unmittelbaren Zukünften: einer Linkskurve in einem Zyklus und einer Rechtskurve im nächsten. Es ist, als würde das Tier seinen nächsten Zug planen, ähnlich einem Fußballspieler, der auf einen Ball zuläuft und verschiedene Szenarien durchspielt, bevor er sich für einen Spielzug entscheidet.

In anderen Fällen deutet diese späte Theta-Aktivität auf einen weiter entfernten Ort im Labyrinth hin, als ob die Gedanken der Tiere zu einer anderen Szene oder einem anderen Szenario wandern würden, vielleicht zu einem Ort, an dem sie lieber wären. Die Forscher fanden auch Fälle, in denen dieser imaginäre Teil des Zyklus eine hypothetische Bewegungsrichtung widerspiegelte, die von der tatsächlichen Richtung des Tieres abwich. „Sie stellen Dinge dar, die man grob als Möglichkeiten oder Hypothesen betrachten kann, Dinge, die im Hinblick auf eine mögliche Zukunft oder einfach nur eine alternative Realität sein könnten, aber nicht unbedingt der Fall sind“, sagt Frank.

Die bloße Existenz spontaner Aktivität im Hippocampus, die nicht unbedingt an einen bestimmten Ort gebunden ist, deutet laut einigen Experten auf einen internen Denkprozess hin, der von der Realität getrennt ist. „Diese Rhythmik [der Theta-Welle] kommt nicht von der Umgebung“, sagt Kay. „Das erinnert stark an die Vorstellung, dass unsere Vorstellungen von uns selbst kommen und nicht von dieser äußeren Realität.“

Eine andere Form der Vorstellung scheint aufzutreten, wenn ein Tier nicht durch den Weltraum reist, sondern frisst, sich kämmt oder die Zone verlässt. Zu diesen Zeiten haben Wissenschaftler Aktivitätsausbrüche im Hippocampus entdeckt, sogenannte „Sharp Wave Ripples“, die auch während des Schlafs auftreten und scheinbar mentale Wiederholungen vergangener Ereignisse darstellen. Die Wiederholungen erfolgen etwa zehnmal schneller als das ursprüngliche Ereignis, eine Nachstellung, die an menschliche Erfahrungen erinnert. „Ein großer Vorteil, manchmal unseren Verstand zu nutzen, um über Dinge nachzudenken, ist: Wir können Dinge schnell durchspielen, wir können sie schnell simulieren“, sagt Kay.

Während diese mentalen Wiederholungen eine Form der Erinnerung sind, können sie auch Ereignisse darstellen, die das Tier nicht erlebt hat, sagt Frank. Einige scharfe Wellen scheinen zwei Flugbahnen zu verbinden, die ein Tier getrennt, aber nicht zusammen erlebt hatte, sagt er. Die Wellenaktivität kann im Wesentlichen eine mentale Karte erstellen, sodass das Tier im Geiste neue Wege wie Abkürzungen und Umwege beschreiten kann. In diesem Zusammenhang scheint der Hippocampus so zu agieren, dass er vergangene Ereignisse auf neue Weise kombiniert, etwas, das „eher einer Vorstellung gleicht, als dass es nur darum geht, die Vergangenheit abzuspielen oder die Zukunft vorherzusagen“, sagt Lynn Nadel, eine emeritierte Professorin für Kognitionswissenschaft und Psychologie an der University of Arizona, der nicht zu der aktuellen Arbeit beigetragen hat.

Die Experimente zur neuronalen Aktivität bei Nagetieren sind laut Experten wichtig, weil sie die Idee der Vorstellungskraft in eine physische Realität übertragen: die des Gehirns selbst. „Dies gibt uns die Möglichkeit, ein unscharfes kognitives Konzept wie die Vorstellungskraft zu nehmen“ und es mit der Gehirnaktivität zu verknüpfen, sagt Daphna Shohamy, kognitive Neurowissenschaftlerin an der Columbia University, die weder an diesen Studien noch an der Übersichtsarbeit beteiligt war.

Die inneren Welten des Menschen sind jedoch reichhaltig, und die Studien zu Ortszellen bei Ratten spiegeln möglicherweise nicht alle Arten menschlicher Vorstellungskraft wider. Die tierischen Ergebnisse hängen am unmittelbarsten mit der Vorstellungskraft zusammen, die auf Erfahrung und Handeln basiert, etwa bei der Planung einer Strategie, um sich durch die Welt zu bewegen, sagt Nadel. Andere Experten glauben jedoch, dass der Hippocampus über ein viel breiteres Repertoire verfügt: Er kann auch Verbindungen zwischen Ideen und Informationen herstellen. „Ich glaube nicht, dass es dem Hippocampus wirklich egal ist, was man verbindet“, sagt Addis.

Einige Arbeiten von Shohamy stützen die Idee, dass der Hippocampus für mentale Simulationen wichtig sein könnte, die weder zeitlich noch örtlich verankert sind. Sie hat herausgefunden, dass Menschen mit einer Schädigung des Hippocampus viel langsamer als Menschen ohne Hirnschädigung zwischen Nahrungsmitteln wählen können – sagen wir Kit Kat oder M&Ms –, die ihnen ungefähr gleich gut schmecken. Das Problem scheint zu sein, dass sie Schwierigkeiten haben, sich die Optionen vorzustellen. „Es sieht so aus, als würden sie mehr Zeit damit verbringen, Beweise heraufzubeschwören“, sagt Shohamy. Am Ende treffen sie eine zufällige Wahl.

Auch wenn der Hippocampus in der Vorstellungskraft eine zentrale Rolle spielt, handelt er keineswegs als Alleingänger. Es braucht die Zusammenarbeit anderer Gehirnbereiche. Frank vergleicht den Hippocampus mit einem Orchesterdirigenten, der Neuronen in anderen Regionen aufruft, die die Anblicke, Geräusche und Gerüche repräsentieren, die entweder Teil einer Erinnerung sind oder „in einer imaginären Sache zusammenpassen“.

Ein Rätsel ist, wie Menschen eine echte Symphonie von der Musik unterscheiden können, die in ihrem Kopf spielt. „Es ist erstaunlich, dass wir nicht alle ständig psychotisch sind, dass wir nicht alle unter Wahnvorstellungen leiden, denn unser Gehirn denkt sich offensichtlich oft Dinge aus, die sein könnten“, sagt Frank. Neue Daten aus Franks Gruppe deuten darauf hin, dass das Gehirn möglicherweise sensorische Eingaben nutzt – beispielsweise das Gefühl, dass ein Fuß beim Gehen den Boden berührt –, um zu markieren, was real ist und was sich nur im geistigen Auge abspielt, und so diesen Schwarm neuronaler Aktivität im Physischen zu verankern Welt. Das Gehirn, sagt er, trennt Fakten von Fiktionen, indem es die Informationen, die es von der Außenwelt erhält, mit seinen eigenen internen Modellen in Einklang bringt.

Ingrid Wickelgrenist ein freiberuflicher Wissenschaftsjournalist mit Sitz in New Jersey.

Felipe De Brigard

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