Beeinflussen Quanten unser Bewusstsein?

Beeinflussen Quanten unser Bewusstsein? Drei spannende Theorien

Die Erkenntnisse, die in den letzten Jahrzehnten in der Gehirnforschung gewonnen wurden, tragen das Potential in sich, das Bild vom Menschen grundlegend zu verändern. Manches mag eher eine Idee, Vorstellung oder unbestätigte Hypothese sein, doch allein dieses zeigt schon auf, dass der Mensch an sich noch enorme Geheimnisse in sich trägt.

Quanten, so glauben manche Forscher, können auf unser Gehirn einwirken. Dabei stoßen sie Denkprozesse an und erzeugen so unser Bewusstsein. Allerdings ist diese Hypothese sehr umstritten.

Andererseits sind Quanten allgegenwärtig. Jetzt, wo Sie diesen Text lesen, führen Lichtquanten (Photonen), die von Ihrem Monitor in Ihr Auge gelangen, dazu, dass Sie diesen Text wahrnehmen können. Ja mehr noch, in Ihrem Gehirn laufen gerade jetzt Quantenprozesse ab, mit denen Sie diesen Text verstehen.

Die Bezeichnung “Quanten”

 wird allgemein für Elementarteilchen (nicht mehr weiter teilbare Teilchen) benutzt, wenn ihr korpuskulares und nicht ihr wellenartiges Verhalten im Vordergrund steht. Die Erkenntnis, dass jede Materie (Elektronen, Protonen, Atome, Moleküle,…) nicht nur Teilcheneigenschaft besitzt, sondern auch als Welle (“Materiewelle”, de Broglie-Gleichung) beschrieben werden kann, ist eine der wichtigsten Errungenschaften der modernen Physik. Oft bezieht sich der Begriff Quanten jedoch auch auf kleinste Energieeinheiten, die von einem System auf ein anderes übertragen werden.

Dass Quanten also eine Bedeutung für das Verständnis unseres Gehirns haben könnten, liegt also nahe. Eine Verbindung zwischen unserem Gehirn und der Quantenwelt vermuten daher einige Forscher schon lange. Sie haben ein paar Theorien entwickelt, wie die Elementarteilchen unser Denkorgan beeinflussen und dabei Gedanken oder Ideen erzeugen könnten. Unser Hirn, so schlussfolgern einige, trete damit in direkte Wechselwirkung mit dem Universum.

Einer der Ersten, der eine solche Hypothese vertrat, war der Hirnforscher Sir John Eccles. Er erhielt 1963 den Nobelpreis für Medizin für die Aufklärung der Erregungsübertragung an den Synapsen (Kontaktstellen) der Nervenzellen. Eccles starb 1997 im Alter von 92 Jahren. Er war tief gläubig und ein „Dualist“: Er glaubte, dass es eine vom Körper unabhängige Seele gibt. Die Frage nach der Herkunft des Selbst, erklärte er, lasse sich nur religiös beantworten: „Es wird uns gegeben, es ist der Geist Gottes.“

Bewusstsein und Unterbewusstsein

Der Begriff Bewusstsein wird unterschiedlich gebraucht und hat verschiedene Bedeutungen. Im Allgemeinen wird von Bewusstsein gesprochen, wenn man den wachbewussten Zustand von Menschen meint und diesen vom Schlafzustand oder der Bewusstlosigkeit unterscheiden möchte. Ebenso bezeichnet man das Aufnehmen von Reizen, das innere Erleben, Sinnesempfindungen, Töne, Farben, Schmerz, Emotionen wie Hass, Liebe sowie die Wahrnehmung des Willens der sich als Wunsch, Trieb, Bedürfnis äußert, als Bewusstsein.

Vom gedanklichen Bewusstsein spricht man, wenn der Mensch sich erinnert, plant, konstruiert, etwas erwartet oder Deutungen vergibt.

Sich selbst Gewahr sein gehört ebenso dazu. Häufig bezeichnet als ‚Bewusstsein seiner selbst‘. Gemeint ist damit die Vorstellung des Bewusstseins, dass der Mensch von sich selbst entwickelt hat. Bekannt als das Selbst-Bewusstsein.

Im Gegensatz zum Bewussten ist der Zugang zum Unterbewusstsein für den Menschen nur bedingt möglich. Das Unterbewusste ist daher das, was vom Bewusstsein nicht oder nur unter speziellen Bedingungen beobachtet werden kann.

Das Unterbewusstsein reguliert zum Beispiel automatisch Prozesse wie Herzrhythmus, Blutdruck, Körpertemperatur oder Immunsystem. Müssten diese Prozesse bewusst gesteuert werden, wäre das Bewusstsein völlig überlastet

Das interessante an diesem automatisierten Prozess ist, dass ab einem bestimmten Punkt der Mensch Wissen oder Fähigkeiten zu einer unbewussten Kompetenz entwickelt. Wie zum Beispiel das Auto fahren. Seit Freud wissen wir, das in unserem täglichen Handeln nur zu 20 % auf unser Bewusstsein zurückgegriffen wird. 80 % unseres Handeln wird also täglich durch unser Unbewusstsein bestimmt.

Geistlose Welt

Sir John Eccles entwickelte eine wissenschaftliche Theorie, mit der er erklären wollte, wie das Bewusstsein im Zuge der Evolution entstanden sein könnte. Bewusstsein, so seine Idee, hätten schon Säugetiere. Doch ein Selbstbewusstsein hat nur der Mensch. Mit dem Auftreten der Gattung Homo vor rund 200 Millionen Jahren entwickelte sich auch der Geist. Zuvor war die Welt „geistlos“. Säuger haben eine ähnliche, doch kleinere Großhirnrinde wie Menschen. Schon die Insekten fressenden Ursäugetiere hatten deshalb bewusste Erfahrungen und Gefühle.

Der Geist beeinflusst laut Eccles das Gehirn, indem er auf mikroskopische Strukturen wirkt. Der Ansatzpunkt dafür seien bestimmte Zellen der Großhirnrinde: die Pyramidenzellen; genauer deren Fortsätze, die Dendronen. Eine Zelle besitzt bis zu 10 000 Schaltstellen zu Nachbarzellen: die Synapsen. Diese wiederum enthalten winzige Säckchen – sogenannte Vesikel –, die gefüllt sind mit Neurotransmittern, also chemischen Botenstoffen, die Nervenimpulse auf nicht elektrische Art übertragen. Erreicht ein Nervenreiz die Zelle, öffnen sich die Vesikel und setzen diese Botenmoleküle frei. Sie durchqueren den Spalt, der die Synapsen zweier Nachbarzellen trennt, und leiten so den Reiz weiter. Bei der riesigen Zahl der Synapsen löst dieser Prozess auch sehr komplexe Gehirnaktivitäten aus – beispielsweise Gedanken.

Geistesblitze durch Quanten?

Erreicht ein Impuls eine Nervenzelle, setzt jedes Vesikel seine Neurotransmitter nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit frei. Das Bewusstsein modifiziert diese Wahrscheinlichkeit. Die geschieht über die von Eccles sogenannten Psychonen. Das sind „mentale Einheiten“; sie sollen die Dendronen durchdringen. Das Ensemble der Psychonen bildet das Bewusstsein. Unsere Selbsterfahrung geht vom Dendron in die Psychonen über. Diese wiederum beeinflussen die Synapsen. So wirkt der Geist auf das Gehirn ein. Umgekehrt beeinflusst auch das Gehirn den Geist und somit das Bewusstsein.

Die Überträgerteilchen, die diesen Prozess anstoßen, sind der Ecclesschen Hypothese zufolge Quanten. Sie können einzelne Vesikel veranlassen, ihre Membran zu öffnen und die Neurotransmitter auszuschütten. Dabei entstehen Gedanken, die oft auch Dinge betreffen, an die ein Mensch zuvor nicht dachte. Solche Geistesblitze brachten schon große Erfindungen hervor. Die treibende Kraft dahinter sind eben die spontan auf das Hirn einwirkenden Quanten. Eccles glaubte auch an die Unsterblichkeit: Die Seele eines Menschen ist an die Psychonen gekoppelt, die aber nicht materiell sind. Sie bleiben bestehen, auch wenn die Nervenzellen mit den Dendronen nach dem Tod vergehen. Die Kopplung mit den Quantenfeldern, so Eccles, verbinde unser Bewusstsein womöglich mit dem „Weltgeist“, der das ganze Universum durchdringt – also mit Gott.

Zweite Theorie

Der US-Anästhesist Stuart Hameroff und der britische Physiker Roger Penrose entwickelten in den 90er-Jahren eine weitere Theorie, in der sie den Einfluss von Quanten auf das Gehirn beschreiben. Ihr Ausgangspunkt sind die sogenannten Mikrotubuli. Das sind dünne Röhrchen (etwa fünf Millionstel Millimeter dick), die aus dem Protein Tubulin bestehen. Sie durchziehen alle Zellen und bilden eine Art Gerüst, das die Zellen mechanisch stabilisiert. Hameroff kam auf den Gedanken, Mikrotubuli könnten so etwas wie Biocomputer sein, die auf Quanteneffekten beruhen. Er knüpfte dabei an Überlegungen des Physikers Herbert Fröhlich an, der an den Zellmembranen der Neuronen (Nervenzellen) quantenphysikalisch bedingte Wellen beobachtet haben wollte, die später sogenannten Fröhlich-Wellen. Hameroff vermutete, dass sich diese Wellen in den Mikrotubuli lokalisieren lassen.

Zu den Mysterien der Quantenwelt gehört, dass die Teilchen verschiedene Zustände gleichzeitig einnehmen können, die sich überlagern. Laut dem Forscherduo kommt auch Tubulin in zwei Quanten-Grundzuständen vor, die sich überlagern können. Diese Überlagerung könnte sich auf ganze Reihen benachbarter Reihen benachbarter Tubulinmoleküle ausdehnen. Überschreiten die beteiligten Moleküle eine bestimmte Gesamtmasse, endet die Überlagerung, sie kollabiert, und die Teilchen nehmen einen spezifischen Zustand ein. Physiker sprechen vom Kollaps der Wellenfunktion.

Ein solcher Kollaps, theoretisieren Hameroff und Penrose, könnte in der Folge Fröhlich-Wellen auslösen, die in dem Tubulin-Netzwerk ein geordnetes, orchesterartiges Zusammenspiel von Quantenschwingungen bewirken. Ein bewusstes Ereignis entstehe, wenn sich diese Schwingungen in vielen Neuronen über das gesamte Gehirn verteilen. Dies könne die Ausschüttung von Neurotransmittern auslösen. Das gleiche den Prozessen in Gattern von Quantencomputern, argumentieren die beiden Forscher.

Dritte Theorie: Verursachen Quanten auch Träume?

Jüngst gesellte sich mit dem Physiker Efstratios Manousakis von der Florida State University in Tallahassee eine dritter Wissenschaftler hinzu, der das Bewusstsein und selbst Träume quantenmechanisch erklären will. Auf diese Idee brachte ihn eine bestimmte Art optischer Täuschungen, nämlich Bilder, die scheinbar von einer Abbildung auf eine andere umspringen. Bekannt ist die eine Grafik, die bei Betrachtung abwechselnd eine Vase und zwei einander gegenüberstehende Gesichter zeigt. Offenbar kann das Gehirn nicht beide Darstellungen gleichzeitig wahrnehmen. Verstünden sie erst, wie unser Denkorgan zwischen beiden Abbildungen umschaltet, meinen einige Psychologen, dann könnten sie auch herausfinden, wie es das Bewusstsein erzeugt. Denn im Wechsel wird eine der Abbildungen im Bewusstsein gehalten, die andere verschwindet im Unterbewusstsein.

Besonders ausgeprägt ist der Effekt, wenn jedem Auge gleichzeitig ein separates Bild präsentiert wird, etwa ein Haus und ein Baum. Versuchspersonen berichten, wie sie im Gesamt-Gesichtsfeld ein periodisches Umschalten von Haus auf Baum und zurück erleben. Mit bildgebenden Verfahren, die die Gehirnaktivität messen, konnten Forscher feststellen, wie lange das Organ zum Umschalten braucht. Dieses Phänomen erinnerte Manousakis an das Verhalten von Quanten. Durch die erwähnte Überlagerung können sie gleichzeitig gegensätzliche Zustände einnehmen, die sich durch eine Wellenfunktion beschreiben lassen. Misst ein Beobachter das Quantensystem, so kollabiert die Wellenfunktion, und das System geht in einen klar definieren Zustand über.

Quantenprozesse kalkulieren

Analog dazu definiert Manousakis zwei separate Zustände des Hirns, nämlich „potenzielles Bewusstsein“ und „aktuelles Bewusstsein“. Das potenzielle Bewusstsein – also der Zustand, in dem das Gehirn beide Bilder gleichzeitig wahrnimmt – setzt er mit einer Wellenfunktion gleich, in der sich zwei Zustände überlagern. Kollabiert diese, tritt eins davon in den Vordergrund – der Zustand wechselt zum aktuellen Bewusstsein. Dieser Prozess, so Manousakis, wiederholt sich mit einer anderen Wellenfunktion, die dann das rivalisierende Bild in das Bewusstsein rückt. Anhand der Messungen der „Umschaltzeit“ zwischen den Bildwahrnehmungen versucht er nun, die Frequenz der Quantenprozesse zu kalkulieren, die das aktuelle Bewusstsein hervorbringen.

Andere Forscher lassen an solchen Hypothesen (manche benutzen ganz andere Ausdrücke) kein gutes Haar. Es gebe nicht den geringsten Hinweis dafür, dass Quantenprozesse im Gehirn auf der Ebene, die in der Wahrnehmung, Kognition, Emotion und Motorik ablaufen, eine Rolle spielen, erklärte etwa der Neurobiologe Gerhard Roth von der Universität Bremen im Hinblick auf die Mikrotubuli-Theorie von Hameroff und Penrose. Bei diesen Funktionen seien immer Millionen, wenn nicht Milliarden von Nervenzellen und Synapsen aktiv, was ein klar makrophysikalisches Geschehen ist. Die einzigen „Ansatzorte“, an denen Quantenprozesse eine Rolle spielen könnten, wären der Ausstoß von Neurotransmittern an den Synapsen und das zeitliche Auftreten eines Aktionspotenzials. Beide Prozesse würden aber um mindestens eine Größenordnung über quantenphysikalischen Ereignissen liegen.

In der Tat ist unklar, wo die Grenze zwischen der Quantenwelt mit ihren merkwürdigen Phänomenen und der makrophysikalischen Welt verläuft, in der die klassischen physikalischen Gesetze gelten. Manche Physiker glauben, sie sei schon bei einfachen Biomolekülen erreicht, andere halten Objekte von der Größe eines Virus für noch quantenmechanisch bestimmt. Vermutlich bewirken Wechselwirkungen eines Quantensystems mit seiner Umwelt den Zusammenbruch seiner Wellenfunktion, was die Überlagerung mehrerer Zustände beendet. Je größer ein System, desto eher wird es gestört. Den Quanten-Dirigenten im Gehirn, der das Neuronenorchester leitet, gibt es also nicht. Wir denken offenbar ganz klassisch. Um Bewusstsein, Gedanken und Geistesblitze zu erklären, brauchen die Neurologen nun selbst einen oder mehrere Geistesblitze.

7. April 2014
Uwe Taschow