Hirnforschung. Endbericht zum TA-Projekt

Hirnforschung und Neurowissenschaften gelten allgemein als ein Forschungsfeld mit enormem Anwendungspotenzial. Dies betrifft z.B. neue Perspektiven für die Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen, aber auch die Möglichkeit der Erweiterung menschlicher Fähigkeiten und der Manipulation von menschlichem Verhalten. Bereits seit Beginn der 1990er Jahre haben die Fortschritte im Verständnis menschlicher Hirnfunktionen zudem zu einer intensiven Debatte zwischen Natur- und Geisteswissenschaften über menschliches Bewusstsein und Willensfreiheit geführt.

Gegenstand und Ziel der Untersuchung
Ziel der im Auftrag des Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung durchgeführten Studie zum Thema Hirnforschung war zum einen die Erhebung des Standes und der Perspektiven der Forschung, zum anderen eine möglichst umfassende Bewertung der aus der Aufklärung der Funktionsweise des menschlichen Gehirns und der Koppelung solcher Erkenntnisse mit anderen Feldern der wissenschaftlichen Forschung und der technologischen Entwicklung sich ergebenden Anwendungsmöglichkeiten sowie schließlich der damit möglicherweise verbundenen gesellschaftlichen Folgen. ... mehrAngesichts der Vielfalt der zu untersuchenden Anwendungsmöglichkeiten wurde entschieden, einen Überblick zum Stand der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung und zu ausgewählten Fragen und Anwendungsfeldern mit besonderer gesellschaftlicher Relevanz zu erarbeiten. Als Untersuchungsschwerpunkte wurden festgelegt:

Überblick über den Stand von Forschung und Entwicklung national und international
Untersuchung der Zielsetzung der wichtigsten Förderprogramme zur Hirnforschung sowie der Forschungsaktivitäten in verschiedenen Disziplinen
Aufarbeitung der innerwissenschaftlichen Diskussion über Ziele, Perspektiven und Folgen der Hirnforschung (mögliche Anwendungsfelder, Bedeutung der Grundlagenforschung, gesellschaftliche Relevanz)
Stand der Diskussion über die Konvergenz von Technologien und daraus sich ergebende Herausforderungen und Perspektiven für Forschung und Entwicklung
Stand der Diskussion zwischen Natur- und Geisteswissenschaften um die kulturelle Bedeutung von Erkenntnissen der Neurowissenschaften (Bewusstsein und Willensfreiheit)
Die im Rahmen des TAB-Projekts vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung durchgeführten Recherchen zu international laufenden Förderprogrammen und Schwerpunkten der neurowissenschaftlichen Forschung wurden im Frühjahr 2006 abgeschlossen und separat als TAB-Hintergrundpapier Nr.15 veröffentlicht. Der Abschlussbericht zum Gesamtprojekt wurde im April 2007 vorgelegt. (TAB-Arbeitsbericht Nr. 117).

Ergebnisse
Die modernen Neurowissenschaften bedienen sich praktisch sämtlicher naturwissenschaftlicher Arbeitsund Methodenbereiche und stellen damit keine einzelne Disziplin dar, sondern bilden ein multidisziplinäres Forschungsfeld. Durch Beiträge und Erkenntnisfortschritte in verschiedenen Bereichen, u.a. der klassischen Neurologie, der Genforschung, den Informationswissenschaften, sowie durch die Nutzung neuer Methoden (wie hochauflösende bildgebende Verfahren) sind die Datenbestände zur Funktion des Nervensystems und mit ihnen auch das Verständnis der biologischen Grundlagen kognitiver Leistungen enorm gewachsen. Die Fortschritte der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung schlagen sich längst in differenzierter Weise in der Behandlung nicht nur neurologischer, sondern auch psychiatrischer Erkrankungen einschließlich pharmakologischer und psychotherapeutischer Anwendungen nieder. Daneben stoßen die Neurowissenschaften auch die Entwicklung technologischer Anwendungen in der Informatik an. Sie tragen sowohl zur Optimierung von informationsverarbeitenden Systemen als auch zur Entwicklung von Mensch-Maschine-Schnittstellen bei, die für die Unterstützung von Personen, die von Funktionsverlusten etwa der Sinnesorgane betroffen sind, genutzt werden können.

INHALT
ZUSAMMENFASSUNG 5
I. EINLEITUNG 13
II. ZUM STAND DER NEUROWISSENSCHAFTLICHEN GRUNDLAGENFORSCHUNG 17
1. Von der Hirnforschung zu den Neurowissenschaften 17
2. Was wissen wir über das menschliche Gehirn? 19
2.1 Zelluläre und subzelluläre Ebene 22
2.2 Neuronale Netze 25
2.3 Funktionelle Systeme 28
2.4 Bewusstsein und Selbstrepräsentation 32
3. Methoden 34
3.1 Bildgebende Verfahren 34
3.2 Computational Neuroscience 38
4. Probleme und Herausforderungen der Grundlagenforschung 45

III. NEUROWISSENSCHAFTEN UND PHILOSOPHIE – DAS VERHÄLTNIS VON GEIST UND GEHIRN 49
1. Die Herausforderung der Philosophie durch die Neurowissenschaften 49
2. Geist und Gehirn in der philosophischen Diskussion 53
2.1 Konzepte des Verhältnisses von Geist und Gehirn in der Philosophie des Geistes 54
2.2 Das Problem der mentalen Verursachung 58
3. Das Problem der Willensfreiheit 60
3.1 Die Negation der Willensfreiheit durch die Neurowissenschaften 60
3.2 Zur Vereinbarkeit von freiem Willen und Determinismus 62
3.3 Handlungsgründe und Handlungsursachen 65
4. Schlussfolgerungen 68

IV. WISSEN UND LERNEN 73
1. Lernen, Wissen, Können, Verstehen 74
1.1 Wissen als Schlüssel zum Lernen 76
1.2 Emotion, Kognition und Lernpotenzial 79
2. Lernen in verschiedenen Lebensaltern 82
2.1 Lernen im Kindesalter 82
2.2 Lernen im Erwachsenenalter 87
3. Gedächtnis – Neues an Bestehendes anknüpfen 89
3.1 Komponenten des Arbeitsgedächtnisses 90
3.2 Die Lokalisation des Arbeitsgedächtnisses im Gehirn 92
4. Lernkorrelate, Architekturen und Netzwerke 93
4.1 Neurophysiologische Korrelate des Lernens 93
4.2 Neurostrukturelle Korrelate des Lernens 94
4.3 Kognitive Architekturen 95
4.4 Neuronale Netzwerke 96
5. Neuronale Grundlagen individueller Lernfähigkeit 98
5.1 Intelligenz und neurale Effizienz 98
5.2 Lernen und neurale Effizienz 99
5.3 Neurostrukturelle Korrelate der Intelligenz 99
6. Implikationen und Schlussfolgerungen 100
6.1 Lernvoraussetzungen und Lerngelegenheiten 101
6.2 Erkenntniskonstrukte 103
6.3 Hirnforschung und Lehr-/Lernforschung – Kooperation im gegenseitigen Interesse 104

V. STAND UND PERSPEKTIVEN DER TECHNIK NEUROELEKTRISCHER SCHNITTSTELLEN 107
1. Grundlagen 108
2. Aktuelle Einsatzmöglichkeiten 110
2.1 Sensorische Schnittstellen im zentralen Nervensystem 112
2.2 Motorische Schnittstellen im zentralen Nervensystem 118
2.3 Schnittstellen zur Beeinflussung des »milieu interieur« 123
2.4. Schnittstellen im peripheren Nervensystem 124
3. Kurz- bis mittelfristige Entwicklungsperspektiven 127
4. Langfristige Entwicklungsperspektiven und Visionen 129
5. Ethische und gesellschaftliche Aspekte 133

VI. MEDIZINISCHE ASPEKTE DER HIRNFORSCHUNG: KRANKHEITEN, INTERVENTIONEN, KONSEQUENZEN 139
1. Klassifikation und Bedeutung psychischer und neurologischer Erkrankungen 139
2. Exemplarische Krankheitsbilder 147
2.1 Angsterkrankungen 147
2.2 Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) 149
2.3 Depression 153
2.4 Parkinsonkrankheit 155
2.5 Schizophrenie 157
3. Therapeutische und diagnostische Verfahren 159
3.1 Pharmakotherapie 160
3.2 Psychotherapie 163
3.3 Genom- und Proteomanalyse 164
3.4 Gen- und Zelltherapie 166
4. Gesellschaftliche Tendenzen und Implikationen 167
4.1 Motive der psychopharmakologischen Interventionen 167
4.2 Gesellschaftliche Folgedimensionen 170
4.3 Fragestellungen für Politik, Gesellschaft und TA 174

VII. FAZIT UND AUSBLICK 179

LITERATUR 189
1. In Auftrag gegebene Gutachten 189
2. Weitere Literatur 189

ANHANG 204
1. Tabellenverzeichnis 204
2. Abbildungsverzeichnis 204