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Der Kopfmensch

Karl Deisseroth hat bahn­brechende Technologien entwickelt, die einen völlig neuen Blick auf das Innenleben und die Funktionsweise des Gehirns ermöglichen.

«Ich wollte diese Blackbox verstehen», sagt Karl Deisseroth. Foto: Samuel Schalch
«Ich wollte diese Blackbox verstehen», sagt Karl Deisseroth. Foto: Samuel Schalch

Einmal im Forscherleben ein richtiger Heureka-Moment! Darauf hoffen die meisten Wissenschaftler, viele vergebens. Karl Deisseroth ist erst 45 Jahre alt und hat in seiner noch jungen Karriere schon zwei solche Durchbrüche erlebt. Und zwar in Form brandneuer Technologien, die der US-Amerikaner mit seinem Team entwickelt hat und die bereits kurz nach ihrer Einführung zu unverzichtbaren Werkzeugen in der Neurowissenschaft und in der klinischen Forschung geworden sind. Beide Methoden haben zudem das Zeug dazu, das Verständnis des menschlichen Gehirns zu revolutionieren.

Da ist zum einen die Optogenetik. «Damit können wir bei Nagern gezielt verschiedenste Verhaltensweisen ein- und ausschalten», sagt Deisseroth, «etwa Sozialverhalten, Sexualverhalten und viele weitere für uns Menschen relevante Verhaltensweisen.» 2005 publizierte sein Team das erste wichtige Paper zur Optogenetik. Seither befindet sich die Technologie auf dem Durchmarsch. Mittlerweile werde sie in «Tausenden von Labors weltweit eingesetzt», erzählte Deisseroth bei unserem Treffen anlässlich der Verleihung des «Distin­guished Scientist and Scholar Award» der Nomis Foundation in Zürich. Er erhielt den Preis zusammen mit dem Alzheimer- und Altersforscher Tony Wyss-Coray und dem Paläogenetiker Svante Pääbo.

Nervenzellen, sichtbar gemacht. Foto: PD
Nervenzellen, sichtbar gemacht. Foto: PD

Wie der Name «Optogenetik» impliziert, ist Deisseroths erste neue Methode eine Kombination aus Optik und Genetik. Seinem Team an der Stanford University in Kalifornien ist es gelungen, ein lichtempfindliches Eiweiss aus Grünalgen, ein Opsin, in Nervenzellen von Mäusen einzuschleusen, zum Beispiel in Neuronen, die ängstliches Verhalten steuern. Danach konnten die Forscher diese Zellen mit einem Lichtleiter stimulieren. ­Schalteten sie das Licht ein, begannen die Neuronen zu feuern, und die Mäuse verloren auf einen Schlag ihre Scheu, wurden neugierig. Dann, Licht aus, und die Nager verharrten wieder ängstlich in der Ecke.

Zwei Stunden Denkzeit pro Tag

Mit der Optogenetik haben die Forscher also eine Art Fernsteuerung in der Hand. Licht an, und die Maus wird aggressiv, Licht aus, sie verhält sich wieder normal. Bei vielen anderen Verhalten funktioniert die Technologie genauso präzis. Mithilfe der Methode haben Forscher jedenfalls in den letzten Jahren schon viel über das Gehirn gelernt: darüber, wie Lernen und das Gedächtnis funktioniert, über Hunger und Schlaf, Belohnung, Motivation oder Angst. Neben den vielen Erkenntnissen werfen die Experimente laut Deisseroth aber auch ethische und vor allem philosophische Fragen auf. «Wie steht es um den freien Willen, wenn unser Verhalten ursächlich determiniert ist, also durch das Feuern spezifischer Neuronen gesteuert wird?», fragt der Bioingenieur und Psychiater. Die Antwort darauf kenne er auch nicht, sagt er, aber «wir haben geholfen, die Frage richtig zu formulieren».

Deisseroth macht sich generell viele Gedanken. Und nimmt sich Zeit dafür. «Ich reserviere mir normalerweise zwei Stunden pro Tag als reine Denkzeit», sagt er. Schon diese Aussage überrascht bei einem, dessen Lebenslauf eher an einen Rastlosen erinnert. Auch seine ruhige Art und die weiche und leise Stimme kontrastieren mit den vielen Tätigkeiten, die er scheinbar mühelos parallel balanciert. Neben seinem Labor, in dem er rund 30 Mitarbeiter betreut, arbeitet er weiterhin einen halben Tag pro Woche als Psychiater und sieht da Patienten, die an Depressionen, Schizophrenie oder anderen psychiatrischen Erkrankungen leiden. Daneben jettet er viel um die Welt, hält Dutzende von ­Vorträgen jedes Jahr. Und dann ist er auch noch Vater von fünf Kindern, vier davon mit seiner zweiten Frau, der Neuroforscherin Michelle Monje, die an der Stanford University ein eigenes Labor leitet.

Das Magazin «Nature» nennt ihn den «Methodenmann».

In einer seiner Denkstunden ist Deisseroth auch die Idee für den zweiten Durchbruch gekommen. Wäre es nicht grossartig, fragte er sich, wenn man ein Gehirn völlig durchsichtig machen könnte, ­damit man all die neuronalen Verbindungen besser studieren kann? Das Problem: Die Fettmoleküle (die auch die Zellmembranen bilden) und Wasser machen Hirngewebe trüb und undurchsichtig. Zerstört man aber die Membranen, kollabiert die Hirnstruktur. Doch Deisseroth hatte eine Idee: Man könnte das Hirngewebe, also die Eiweisse und Erbmoleküle, mit einem Gerüst aus einem sogenannten Hydrogel-Gel stabilisieren und danach die Fette auswaschen. Die Idee funktionierte. 2013 publizierte Deisseroth die Methode mit dem passenden Namen «Clarity» im Wissenschaftsmagazin «­Nature», seither hat sie, wie die Optogenetik, ­Labors auf der ganzen Welt im Sturm erobert.

Nicht ganz überraschend hat Deisseroth für die Entwicklung der beiden Blockbuster-Technologien bereits diverse Preise erhalten, darunter den Breakthrough Prize in Life Sciences (drei Millionen US-Dollar), den 2017 Else-Kröner-Fresenius-Preis (vier Millionen Euro) und letzte Woche nun den Nomis Distinguished Scientist and Scholar Award.

Die Psychiatrie hat sein Leben verändert

Neben den Preisen erntet der «Methodenmann» («Nature») auch viel Lob von Forscherkollegen. Christoph Koch, wissenschaftlicher Leiter des Allen Institute for Brain Science in Seattle, bezeichnete die Optogenetik gegenüber dem Magazin «New Yorker» als eine der bedeutsamsten Entwicklungen in der Hirnforschung der letzten 160 Jahre und verglich Deisseroth gar mit Galileo Galilei. Und für Thomas Insel, den Direktor des National Institute of Mental Health in den USA, ist «Clarity» einer der ­wichtigsten Fortschritte in der Neuroanatomie seit ­Jahrzehnten.

Bei all seinen Tüfteleien treibt Deisseroth eine grosse Frage an: «Mein Ziel ist es, das Gehirn zu verstehen und anderen Menschen dabei zu helfen, das Gehirn zu verstehen.» Deshalb sei er auch Psychiater geworden. Während seines Medizinstudiums sei ein Psychiatriepensum Pflicht gewesen. «Das war eine Erfahrung, die mein Leben total verändert hat», sagt Deisseroth. «Da sitzt jemand vor dir, oder er steht vor dir und schreit dich an, jemand, dessen Körper völlig normal ist, in dessen Gehirn oder Blut man keine Anormalitäten entdecken kann, und trotzdem ist seine Realität eine total andere. Ich wollte diese Blackbox verstehen.»

Deisseroth ist auf dem Weg dazu. Bereits seien erste klinische Versuche im Gang, die auf Optogenetik-Experimenten mit kokainsüchtigen Ratten aufbauen, sagt er. Man habe damit bei den Nagern jene Zentren im Hirn gefunden, die das Suchtverlangen steuern. In der Klinik sei es dann gelungen, die entsprechenden Hirnareale von Kokainsüchtigen zu dämpfen, und zwar mithilfe von TMS, einer Metho­de, bei der Hirnzellen mit einem magnetischen Feld stimuliert werden. «Es sieht vielversprechend aus», sagt Deisseroth – und wird nochmals grundsätzlich: «Wir werden es nur schaffen, wirklich neue und spezifische Therapien für psychiatrische Erkrankungen zu entwickeln, wenn wir das Gehirn verstehen.»

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