Die Zukunft der Hirnforschung ist eine große weiße Kiste. Sie steht inmitten eines sonst leeren Raums im Keller der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie an der Berliner Charité. Drei Schichten aus speziellen Metalllegierungen umhüllen das hölzerne Grundgerüst. Wenn man die Kiste betritt, herrscht völlige Stille, jegliche Erschütterung wird abgefedert, sogar das Erdmagnetfeld ist fast vollständig aufgehoben. Nur derart abgeschirmt von den Störquellen der Außenwelt lassen sich die extrem schwachen Magnetfelder des menschlichen Gehirns hochpräzise messen – und womöglich ein alter Traum der Hirnforschung verwirklichen: Gedanken zu lesen.

Der Mann, der dieses Kunststück bewerkstelligen will, ist Surjo Soekadar. Der 49-Jährige spricht mit bedächtiger Stimme, während er durch die Flure seines Instituts läuft. Der gebürtige Wiesbadener zählt zu den prägenden Köpfen in der deutschen Hirnforscherszene und ist Deutschlands erster Professor für klinische Neurotechnologie. Soekadar möchte Hirnaktivitäten in Echtzeit auslesen und neuartige Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine entwickeln, um Verstummten eine Stimme, Gelähmten ihre Mobilität und Depressiven mehr Lebensfreude zu geben. Hightechsysteme fürs zentrale Nervensystem also. Und als klänge das nicht bereits genug nach Science-Fiction, sollen dabei auch noch Quantensensoren zum Einsatz kommen.

Um zu verstehen, wie ambitioniert das Vorhaben ist, lohnt sich ein Blick auf das System, das Soekadar entschlüsseln möchte: Das menschliche Gehirn gilt als eine der komplexesten Strukturen des Universums. Gut 86 Milliarden Nervenzellen sind über rund 100 Billionen Synapsen zu einem Kommunikationsnetzwerk verschaltet. Es steuert unser Denken, Fühlen und Handeln, ist der Ursprung des Bewusstseins, speichert Erinnerungen und koordiniert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Kreislauf und Nahrungsaufnahme. Hinzu kommt, dass kein Gehirn dem anderen gleicht – und keines für immer so bleibt, wie es ist. Jede Erfahrung, jede neu gelernte Bewegung, jede Erinnerung verändert die Verbindungen zwischen den Nervenzellen, verstärkt oder schwächt Signale. Diese neuronale Plastizität, also die Fähigkeit des Gehirns, sich immer wieder anders zu organisieren, ist zugleich der Schlüssel zu seiner außergewöhnlichen Leistungsfähigkeit und die größte Hürde für seine Erforschung.

Verfeinerung der technischen Möglichkeiten

Will man begreifen, wie dieses Organ funktioniert und wie man es beeinflussen kann, reicht es nicht, zu wissen, in welchen Arealen etwas passiert. Man muss auch erfassen, wann es geschieht – und in welchem Kontext. Eine einzelne neuronale Entladung bedeutet wenig. Erst das fein abgestimmte Zusammenspiel unzähliger Nervenzellen lässt entstehen, was wir Gefühl oder Gedanke nennen. Soekadar möchte genau dieses Zusammenspiel greifbar machen. »Aktuell sind unsere Technologien dazu aber noch viel zu ungenau«, sagt er.

So lässt sich mit etablierten bildgebenden Verfahren wie etwa der funktionellen Magnetresonanztomografie, kurz fMRT, zwar bis auf wenige Millimeter genau sichtbar machen, welche Hirnareale gerade aktiv sind. Da die Aktivität aber lediglich indirekt über den Sauerstoffverbrauch der Nervenzellen gemessen wird, ist das Prinzip verhältnismäßig langsam und erreicht nur zeitliche Auflösungen im Sekundenbereich. Soekadars Team nutzt derzeit hauptsächlich die Elektroenzephalografie, kurz EEG. Dazu werden Elektroden auf der Kopfhaut platziert und die Hirnströme gemessen. »Die elektrischen Signale des Gehirns müssen aber durch den Schädelknochen hindurch und werden dabei stark gedämpft«, erklärt Soekadar. Daraus könne man dann zwar millisekundenschnelle Steuersignale ableiten – allerdings nur sehr grob zuordnen, wo sie herkommen: »Das ist nicht mehr als zum Beispiel ›Hand auf‹ oder ›Hand zu‹.«

Im Jahr 2016 demonstrierte der Facharzt für Psychatrie und Psychotherapie, dass Patienten mit einer von ihm entwickelten Gehirn-Computer-Schnittstelle kraft ihrer Gedanken Roboterhände steuern können. In einem Video ist zu sehen, wie ein Mann im Rollstuhl nach Kartoffelchips greift und sie zum Mund führt. Seine Hand ist von einem Exoskelett umschlossen; auf dem Kopf hat er eine Kappe, aus der lauter Kabel zu einem Computer führen. Er lacht glücklich. »Das war ein toller Erfolg«, kommentiert Soekadar das Experiment rückblickend. »Einzelne Fingerbewegungen können wir so aber nicht erzeugen.« Und genau das möchte er ändern.

Wer Soekadar durch seine Räumlichkeiten auf dem Campus der Berliner Charité folgt, ahnt, dass die Arbeitsgruppe in kurzer Zeit stark gewachsen ist. Manche Labore in der ehemaligen Nervenklinik scheinen eher Zwischenstationen zu sein als fertig eingerichtete Arbeitsplätze. Teils hängen Kabel aus den Wänden. Einige Geräte wurden bereits in einen anderen Gebäudeteil ausgelagert, um Platz für weitere Büros zu schaffen. Soekadars Forschung wird von der Berliner Einstein-Stiftung, dem Europäischen Forschungsrat, dem Bundesforschungsministerium und der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Er ist enorm gefragt – und strahlt dennoch eine spürbare Gelassenheit aus.

Auf das Thema aufmerksam wurde Surjo Soekadar noch während seines Medizinstudiums auf einer Konferenz im nordbadischen Schwetzingen im Jahr 2002. Er kam dort mit dem österreichischen Psychologen und Neurowissenschaftler Niels Birbaumer ins Gespräch, der bereits seit mehr als 30 Jahren versucht, die Gedanken von teilweise oder sogar vollständig gelähmten (»Locked-in-«)Patienten zu lesen, um ihnen motorische und kommunikative Fähigkeiten zurückzugeben. Nach einem Forschungsaufenthalt in den USA wechselte Soekadar dann ans Universitätsklinikum Tübingen, wo er eng mit Birbaumer zusammenarbeitete.

Birbaumer hatte Ende der 1990er-Jahre den entscheidenden Grundstein für diese Forschung gelegt. In einer viel beachteten Studie zeigte er, dass Locked-in-Patienten über ihre Hirnaktivität kommunizieren können. Seine Probanden sollten bestimmte Aktivitätsmuster im Gehirn willentlich verändern – etwa indem sie sich vorstellten, eine Bewegung auszuführen. Ein Elektroenzephalograf erfasste diese Signale, und ein Computerprogramm übersetzte sie in einfache Ausgaben, mit denen die Patienten schließlich Buchstaben auswählen oder Fragen mit Ja und Nein beantworten konnten. Das war zwar mühsam – für einen Brief mit rund 500 Zeichen benötigte ein Proband 16 Stunden –, doch der Zugewinn an Lebensqualität war enorm. Erstmals nach vielen Jahren konnten die Patienten sich ihrer Umgebung wieder mitteilen.

Entwicklung nichtinvasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen

Seitdem ist viel passiert. Moderne Neuroprothesen sind inzwischen in der Lage, Signale direkt aus der Hirnrinde auszulesen und daraus mithilfe maschineller Lernverfahren etwa Wörter und Sätze zu formen. Die implantierten Chips verarbeiten die Hirnaktivität kontinuierlich und setzen die gedanklich formulierten Sätze annähernd in Echtzeit in Sprache um. Und die Technologie entwickelt sich rasant weiter. Alle paar Monate erscheint eine neue Publikation, die die Grenze des Machbaren weiter verschiebt. Dabei profitiert das Feld davon, dass man immer präziser versteht, welche Hirnareale welche Funktionen erfüllen – und dass KI-Modelle immer leistungsfähiger werden.

»Für die breite Patientenversorgung oder gar für Alltagsanwendungen bei völlig Gesunden brauchen wir risikoarme, nichtinvasive Verfahren«Surjo Soekadar, Psychiater und Neurotechnologe

Vorangetrieben wird die Forschung auch von Techvisionären wie Elon Musk. Die von ihm gegründete Firma Neuralink entwickelt ebenfalls Neuroprothesen, die die Signale mit feinen Elektroden an den Nervenzellen abgreifen. Ab dem Jahr 2031 will der Konzern jährlich 20 000 Hirnimplantate verbauen. Bis Januar 2026 haben offiziellen Quellen zufolge 21 Menschen im Rahmen klinischer Studien ein Neuralink-Gehirnimplantat erhalten.

Doch ein solcher Eingriff ist überaus riskant. »Was ist, wenn Sie etwas implantieren, das dann defekt ist oder sich ablöst?«, fragt Soekadar. Solche Methoden sind aus seiner Sicht vor allem für die Grundlagenforschung und für den Einsatz bei Schwerstgelähmten interessant. »Für die breite Patientenversorgung oder gar für Alltagsanwendungen bei völlig Gesunden brauchen wir risikoärmere, nichtinvasive Verfahren.«

Er setzt deshalb auf Quantensensoren. Anders als herkömmliche Elektroden sollen sie nicht die Hirnströme auslesen, sondern das Magnetfeld, das durch diese entsteht. Die neuromagnetischen Signale durchdringen den Schädelknochen nahezu unverändert und lassen sich daher fast berührungslos detektieren. Ein Problem ist jedoch: Sie sind extrem schwach. Ihre Stärke liegt im Bereich von 10 bis 100 Femtotesla. Zum Vergleich: Das Erdmagnetfeld ist rund eine Milliarde Mal stärker. Zudem erzeugen Stromleitungen und elektrische Geräte in der Nähe ebenfalls Felder, die die Signale des Gehirns überlagern. Es ist ein bisschen so, als versuche man, ein leises Flüstern inmitten von Straßenlärm zu hören.

Deshalb die weiße Kiste im Keller der Charité.

»Quantensensoren reagieren sehr sensibel auf Magnetfelder und können feinste Unterschiede messen«, erklärt Soekadar. »Ihr räumliches und zeitliches Auflösungsvermögen ist sehr hoch.« Er hat sich deshalb parallel zu seinem Wechsel an die Charité in Berlin im Jahr 2018 mit einer Forschungsgruppe der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zusammengetan, die an neuartigen Quantensensoren forscht. Gemeinsam wollen sie ausloten, welches Potenzial die Sensoren für die Medizin bergen.

Ihre enorme Empfindlichkeit verdanken Quantensensoren der Quantenphysik. Sie bestehen aus sehr kleinen »Messfühlern«, die mindestens zwei klar voneinander unterscheidbare Quantenzustände einnehmen können: Das sind zum Beispiel einzelne Atome, Lichtteilchen oder spezielle Fehlstellen in Diamanten. So reagieren sie bereits auf kleinste Veränderungen von Magnetfeldern, Temperatur oder Schwerkraft. Diese Systeme dienen auch als Qubits in Quantencomputern. Sie sind das quantenmechanische Analogon zu klassischen Bits. Für die Sensorik braucht man allerdings bei Weitem nicht so viele davon wie für einen Computer. Schon wenige solcher Qubits ermöglichen extrem präzise Messungen. Was im Quantencomputer stört – ihre Anfälligkeit gegenüber äußeren Einflüssen –, ist hier also der entscheidende Vorteil.

In der Magnetenzephalografie, kurz MEG, werden derzeit bereits Quantensensoren eingesetzt, sogenannte SQUIDs. Die Abkürzung steht für »superconducting quantum interference devices«. Sie basieren auf winzigen supraleitenden Schaltkreisen. Bereits im Jahr 1968 wurde das erste Magnetenzephalogramm oder MEG am Massachusetts Institute of Technology in den USA aufgenommen. Ihren großen Nachteil haben SQUIDs jedoch bis heute behalten: Sie funktionieren nur bei extrem niedrigen Temperaturen, nahe dem absoluten Nullpunkt. Das macht ihren Einsatz technisch aufwendig und teuer. Die Geräte sind groß, sperrig und erfordern, dass Patienten lange stillsitzen. Zudem wäre ein möglichst geringer Abstand zwischen den Sensoren und dem Kopf des Probanden wünschenswert, da die magnetische Feldstärke mit der Entfernung quadratisch abnimmt – doch die Kühltechnik setzt dem eine Grenze. Dadurch sinken die Empfindlichkeit und die räumliche Auflösung.

Medizinische Anwendungen von Quantensensoren

Eine vielversprechende Alternative sind sogenannte optisch gepumpte Magnetometer (OPMs). Dabei handelt es sich um winzige Dampfzellen aus Glas, die zum Beispiel mit Rubidium- oder Heliumgas gefüllt sind. Ein Laser bringt die Gasatome in einen bestimmten quantenmechanischen Zustand. In diesem Zustand richten sich die Spins ihrer Elektronen – vereinfacht gesagt eine Art innere Drehbewegung – in eine Richtung aus und verhalten sich wie eine empfindliche Kompassnadel. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfelds taumeln die präzise ausgerichteten Spins wie ein Kreisel um die Magnetfeldachse. Die Frequenz dieser Bewegung lässt sich mit Laserlicht auslesen und liefert die Stärke des Magnetfelds. Außerdem kann der Sensor die Richtung des Magnetfelds erfassen.

Der große Vorteil: OPMs benötigen keine aufwendige Kühlung. Sie funktionieren bei Raumtemperatur. Daher können sie näher am Kopf platziert werden, was die Auflösung enorm verbessert. Und der Patient muss während der Messung nicht still sitzen, sondern kann sich bewegen. Das erweitert das Anwendungsspektrum enorm. Allerdings funktionieren die empfindlichsten OPM-Sensoren nur in einer »Nullfeldumgebung«. Das bedeutet, dass für ihren Betrieb die Magnetfelder in der näheren Umgebung konsequent abgeschirmt werden müssen.

Für den technischen Teil des Vorhabens und die Weiterentwicklung der Messtechnik ist Peter Krüger von der PTB verantwortlich. Der Quantenphysiker begann sich schon früh in seiner akademischen Laufbahn für die medizinischen Anwendungen von Quantensensoren zu interessieren. »Ich dachte mir, dass man die Magnetfelder des Gehirns einfacher messen können muss als mit den SQUIDs.« Im Jahr 2021 präsentierte er zusammen mit seiner damaligen Forschungsgruppe von der englischen University of Sussex einen modularen Quanten-Hirnscanner auf der Basis von OPMs. »Wir konnten damit Signale aus dem visuellen Kortex auslesen.« Die Aktivitätsmuster unterschieden sich je nach Anordnung der schwarzen und weißen Kästchen eines Schachbretts, das die Probanden sahen.

»Wir nennen unseren Versuchsaufbau an der Charité Reallabor, auch wenn es im Moment vielleicht noch mehr Labor ist als real«Peter Krüger, Quantenphysiker

Bloß sind die Systeme noch immer recht experimentell. »Wir nennen unseren Versuchsaufbau an der Charité Reallabor«, sagt Krüger, »auch wenn es im Moment vielleicht noch mehr Labor ist als real.« Die ersten Ergebnisse seien allerdings vielversprechend. So habe man mit den OPM-Sensoren deutlich präziser feststellen können, inwieweit das Gehirn von Schizophreniepatienten anders auf externe Reize reagiert als das von gesunden Menschen. »Vielleicht kann man neurologische Erkrankungen mit unseren OPM-Sensoren eines Tages erkennen wie ein gebrochenes Bein auf einem Röntgenbild«, hofft Krüger.

Aktuell stecken in der Kappe, die die Probanden aufziehen, knapp 100 zuckerwürfelgroße Sensoren. Jeder Sensor misst das Magnetfeld in drei Raumrichtungen. Doch das Ziel lautet: weg von einzelnen Messwerten und hin zu einem großen, fein aufgelösten Gesamtbild. Das Team möchte die Sensoren daher noch weiter verkleinern und die Messtechnik besser integrieren. »Wir wollen eine räumliche Auflösung von besser als zehn bis hinunter zu fünf Millimetern hinbekommen«, sagt Krüger. Damit könne man dann die Signalquellen im Gehirn sehr präzise lokalisieren. Zum Vergleich: Ein EEG hat derzeit eine Auflösung von bestenfalls 10 bis 20 Millimetern.

Ein Forschungsteam um den Quantenphysiker Matt Brookes von der University of Nottingham setzt die Magnetenzephalografie auf Basis von OPMs bereits bei Kindern mit Epilepsie ein. In einer vergleichenden Studie aus dem Jahr 2022 zeigten die Wissenschaftler, dass sich die typischen Entladungsmuster der Anfallsherde schon mit wenigen OPMs besser verorten lassen als mit EEG oder dem SQUID-basierten MEG. Das ist wichtig, da der Ursprung der Anfälle vor einer Operation sehr genau bekannt sein muss. »Gerade bei Kindern bietet das Verfahren zahlreiche Vorteile«, sagt Brookes. So lässt sich der Helm mit den Sensoren flexibel an den deutlich kleineren Kopf anpassen und die Kinder können sich während der Messung bewegen.

Noch mehr als das Auslesen und Sichtbarmachen von Hirnströmen fasziniert Surjo Soekadar hingegen, dass Neurotechnologien ebenfalls in die andere Richtung wirken können: Mit den Systemen lässt sich die Aktivität des Gehirns auch gezielt beeinflussen. »Wir haben in einem unserer Experimente etwas ganz Erstaunliches gefunden«, erzählt Soekadar. »Patienten, die etwa wegen eines Schlaganfalls mehrere Jahre gelähmt waren, konnten nach einem Monat Training mit unserem Exoskelett ihre Hand wieder selbstständig bewegen.« Grund dafür ist, dass sich Nervenbahnen, die zwar gestört, aber noch vorhanden sind, durch gezielte Stimulation wieder neu organisieren können. Quantensensoren erfassen die Hirnaktivität noch präziser und stabiler, als es mit EEG möglich ist – und könnten damit das Zusammenspiel von Auslesen, Rückmeldung und Training weiter verbessern.

Breites Anwendungsspektrum wirft ethische Fragen auf

In einer Studie aus dem Jahr 2026 konnte Soekadar zusammen mit seinem Team und mit Peter Krüger von der PTB bereits zeigen, dass sich die sogenannte Gamma-Aktivität des Gehirns mithilfe von Quantensensoren in Echtzeit messen und daraufhin sehr präzise und personalisiert modulieren lässt. Gamma-Oszillationen sind sehr schnelle neuronale Schwingungen, die entstehen, wenn viele Nervenzellen synchron feuern, etwa in der Hörrinde, wenn man einen Ton hört.. Bei Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson, Schizophrenie und schweren Depressionen sind diese Rhythmen gestört. Indem die Nervenzellen periodisch und im richtigen Moment mit schwachen elektrischen Impulsen von außen angeregt werden, können die Oszillationen wieder in den richtigen Takt gebracht werden. »Als Nächstes wollen wir prüfen, ob sich mit dem Verfahren auch die Stimmen im Kopf von Schizophreniepatienten dämpfen lassen – wie bei einem Kopfhörer mit Noise-Cancelling«, sagt Soekadar.

Doch das breite Anwendungsspektrum wirft unweigerlich auch ethische Fragen auf. Wenn sich die Hirnaktivität messen und beeinflussen lässt – könnten Gehirn-Computer-Schnittstellen dann nicht eines Tages statt nur zur Behandlung von Krankheiten auch zur Manipulation eingesetzt werden? Dass solche Systeme auf die innere Stimme eines Menschen zugreifen können – bis hin zu vorbewussten Gedanken –, verschärft zudem die Debatte um den Schutz neuronaler Daten. In der Praxis allerdings zeigt sich, wie groß die Lücke zwischen Idee und Realität ist. »Noch lassen sich keine Gedanken vorgeben, sondern allenfalls grobe Aktivitätsmuster modulieren«, erklärt Surjo Soekadar. Es sei möglich, Bedingungen zu schaffen, unter denen sich das Gehirn neu organisiert, jedoch nicht, ihm fertige Inhalte vorzugeben.

Auch Rüdiger Rupp, Professor für Assistive Neurotechnologie am Universitätsklinikum Heidelberg, räumt Bedenken aus: Zwar sei eine Stimulation bei bestimmten Krankheiten wie etwa einer fehlenden Sensibilität, bei Schmerz oder einer Depression explizit gewünscht. »Eine Manipulation in Richtung spezifischer Handlungen wie dem Wahl- oder Kaufverhalten ist bei den selbst in naher Zukunft verfügbaren Methoden aber nur bedingt zu befürchten«, sagt er.

»Mir geht es nicht darum, Fähigkeiten über das normale Maß hinaus zu steigern, sondern das normale Optimum länger zu erhalten«Surjo Soekadar, Psychiater und Neurotechnologe

Zudem stellt sich die Frage, was mit Gedanken überhaupt gemeint ist. »Aus meiner Sicht ist der Begriff ein äußerst schwammiges Konstrukt«, sagt Soekadar. »Die Lampe, die vor meinem inneren Auge erscheint, ist eine andere als die, die Sie sich vorstellen.« Man versuche vielmehr anhand der Aktivität des Nervensystems zu verstehen, was das Gehirn tut. Und dann könne man mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit darauf schließen, woran der Proband gerade gedacht habe. In Kombination mit künstlicher Intelligenz sei das ein sehr mächtiges Werkzeug. »Die individuellen Aktivitätsmuster lassen sich bereits sehr gut auswerten, doch wir sind weit davon entfernt, herauszufinden, an wen oder an was jemand gerade konkret denkt.«

Unabhängig davon findet er aber die Vorstellung reizvoll, geistige Fähigkeiten gezielt zu verbessern. In dem Zusammenhang ist oft die Rede von »Neuro-Enhancement« – also dem Versuch, Konzentration, Stimmung oder Lernfähigkeit über das normale Maß hinaus zu beeinflussen. Die Idee ist jedoch umstritten. So würde nicht nur repariert, was beschädigt ist, sondern auch optimiert, was funktioniert. Soekadar ist es daher lieber, von Neuro-Augmentation zu sprechen. »Mir geht es nicht darum, Fähigkeiten über das normale Maß hinaus zu steigern, sondern das normale Optimum länger zu erhalten«, erklärt er. Wie stark aber sollten Hirn und Maschine verschmelzen? Soekadar jedenfalls hält es nicht für verwerflich, die biologischen Grenzen mit technischen Hilfsmitteln zu verschieben. »Bislang haben wir mit so mancher Technologie dafür gesorgt, dass es etlichen Menschen schlechter geht – man denke nur an Smartphones und Social Media. Warum also sollten wir nicht mal daran arbeiten, dass es den Menschen besser geht?«

Messung ohne Abschirmkammer?

Doch selbst wenn die Angst vor der Manipulation von Gedanken übertrieben ist, bleiben ganz konkrete technische und praktische Hürden, um die OPM-Sensoren in der medizinischen Praxis zu etablieren: Zumindest bei gelähmten Patienten wäre der Gewinn an Lebensqualität zweifelhaft, wenn sie mit der Unterstützung eines Exoskeletts zwar wieder präzise greifen oder laufen könnten, dafür aber dauerhaft in einer Abschirmkammer sitzen müssten. Zudem ist eine solche Box für Kliniken, die ein entsprechendes Gerät zu Diagnosezwecken anschaffen möchten, ein zusätzlicher Kostenfaktor. Das könnte den flächendeckenden Einsatz der Technologie verhindern. Surjo Soekadar denkt daher schon größer: »Wir wollen unsere Quanten-Gehirn-Computer-Plattform so entwickeln, dass sich später problemlos auch neuere Sensorgenerationen integrieren lassen.« In einem Projekt mit der Universität Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg treibt er deshalb die Forschung an sogenannten Diamant-NV-Sensoren voran.

Die Abkürzung NV steht für »nitrogen vacancy« – auf Deutsch »Stickstoff-Fehlstelle«. Dabei handelt es sich um Verunreinigungen innerhalb des Kristallgitters von Diamanten. Normalerweise besteht dieses Gitter nur aus Kohlenstoffatomen. Bei einem NV-Zentrum fehlt jedoch an einer Stelle ein Kohlenstoffatom, während an einer benachbarten Position stattdessen ein Stickstoffatom sitzt. Gerade diese kleine Verunreinigung macht das System so interessant: In der Umgebung der Fehlstelle befindet sich ein zusätzliches, frei bewegliches Elektron. Dessen quantenmechanischer Zustand – genauer gesagt sein Spin – lässt sich gezielt beeinflussen und auslesen. Dadurch eignet sich ein solches NV-Zentrum als Quantensensor.

Und die diamantbasierten Sensoren haben diverse Vorteile: Da sie sich bei Raumtemperatur betreiben lassen und somit wie die OPMs sehr nahe an die Kopfoberfläche gebracht werden können, tritt das gewünschte Signal stärker aus dem Rauschen hervor. Weil die Sensoren zudem so klein sind, messen sie sehr lokal und können somit besser Nah- von Fernquellen unterscheiden. Das könnte es ermöglichen, eine algorithmisch unterstützte Rauschunterdrückung in die Sensoren zu integrieren. Deshalb hofft Soekadar, dass sich die Abschirmkammer auf lange Sicht erübrigt.

Wenn es eines Tages gelänge, die Magnetfeldmessung aus der weißen Kiste herauszuholen, könnte das die Neurotechnologie für immer verändern. Aus Messgeräten würden alltagstaugliche Gehirn-Computer-Schnittstellen, die in Echtzeit auf ihren Träger und die Umgebung reagieren. Soekadar spricht von nichtinvasiven »Closed-Loop«-Systemen. Gemeint ist ein Kreislauf: messen, interpretieren, reagieren – und wieder von vorn. Ein System, das das Gehirn nicht nur liest, sondern direkt auf das reagiert, was es gerade tut.

Einen unabhängigen Experten zu finden, der einschätzen kann, wie realistisch derartige Szenarien sind, gestaltet sich schwierig. Ein typisches Problem von interdisziplinärer Forschung an der Grenze des Machbaren: Viele Neurowissenschaftler winken ab, sobald sie »Quantensensor« hören. Das liege außerhalb ihrer Expertise. Und viele Physiker schrecken vor einem Urteil zurück, wenn es um die »Messung von Hirnsignalen« geht.

Mihai Petrovici ist Physiker und leitet das NeuroTMA-Lab an der Universität Bern. Er hält die Entwicklung der neuen Techniken für ein »äußerst spannendes Unterfangen«– insbesondere, wenn diese nichtinvasiv sind. Aus seiner Sicht stellen sich primär »Fragen nach Machbarkeit, Skalierbarkeit und Tragbarkeit der vorgeschlagenen Sensoren«. Er sei jedoch nicht in der Lage, den Nutzen der konkreten Technik zu beurteilen, die das Team in Berlin vorschlage.

»Hätte man mir damals die heutigen Sensorkappen gezeigt, hätte ich gelacht und es für eine Erfindung aus ›Star Trek‹ gehalten«Matt Brookes, Quantenphysiker

Rüdiger Rupp zweifelt vor allem an der Alltagstauglichkeit der Gehirn-Computer-Schnittstellen auf Basis von Quantensensoren. »Jedes externe Unterstützungssystem – egal ob Roboterarm oder Neuroprothese – verursacht Störsignale«, sagt er. »Ich bezweifle, dass eine verlässliche Detektion von Bewegungen über Sensoren außerhalb des Kopfes möglich ist.«

Und selbst Matt Brookes ist skeptisch, ob sich die Quantensensoren, egal welchen Typs, jemals außerhalb einer Abschirmkammer betreiben lassen. »Dafür sind die Magnetfelder des Gehirns im Vergleich zu den elektromagnetischen Störungen aus der Umgebung einfach zu schwach«, gibt der Quantenphysiker zu bedenken. Allerdings habe er es vor zehn Jahren auch noch als Science-Fiction abgetan, mit Quantensensoren überhaupt Hirnaktivität sichtbar machen zu können. »Hätte man mir damals die heutigen Sensorkappen gezeigt, hätte ich gelacht und es für eine Erfindung aus ›Star Trek‹ gehalten«, sagt er. 

Surjo Soekadar jedenfalls hält an seiner Vision fest: dass seine nichtinvasiven Neurotechnologien eines Tages das Leben vieler Menschen zum Guten verändern. Und so liegt die entscheidende Herausforderung womöglich gar nicht in der Physik. Statt die Sensoren nur immer kleiner und besser zu machen, gelte es nun vor allem, sie erschwinglicher und möglichst vielen Menschen zugänglich zu machen. Ihren wahren Wert entfalten sie schließlich in dem Moment, in dem sie einen Unterschied im Leben echter Menschen machen. Auch wenn dafür noch einige Zeit die große weiße Kiste nötig ist.