Bei einer Vollnarkose fallen Menschen in einen komaähnlichen Zustand, in dem sie weder Schmerzen spüren noch Erinnerungen formen. Daten eines Teams um Kalman Katlowitz vom Baylor College of Medicine im US-amerikanischen Houston zeigen jedoch, dass der Hippocampus in diesem Zeitraum bemerkenswert aktiv bleibt. Die tief gelegene Hirnstruktur ist essenziell für Lernen und weitere Gedächtnisprozesse. Selbst im bewusstlosen Gehirn analysiert sie offenbar die Grammatik und Bedeutung gesprochener Wörter und erstellt Prognosen, was als Nächstes gesagt werden könnte.

Die Ergebnisse stellen die Annahme infrage, dass komplexe kognitive Prozesse nur bei vollem Bewusstsein stattfinden können. Die Forscher und Forscherinnen beobachteten in Echtzeit, wie einzelne Neurone feuerten, während die Probanden narkotisiert waren. So verfolgten sie mit, wie der Hippocampus weiterhin Signale empfing und verarbeitete.

Frühere Studien hatten bereits gezeigt: Jene Hirnareale, in die auditorische Sinnesreize als erstes einlaufen, registrieren einfache Geräusche sogar in einer Narkose. Es blieb jedoch unklar, ob nachgeschaltete und tiefer liegende Regionen des Gehirns in dem Zustand zu komplexer Wahrnehmung fähig sind. Um das zu untersuchen, zeichneten die Fachleute die Gehirnaktivität von sieben bewusstlosen Personen auf. Alle waren zuvor mit dem Medikament Propofol betäubt worden und unterzogen sich einer Operation zur Behandlung von Epilepsie.

Was nimmt der Hippocampus während der Narkose wahr?

Bei der OP spielte das Team drei Patienten Pieptöne vor. Diese wiederholten sich in einem regelmäßigen Rhythmus. Dazwischen speisten sie Geräusche mit einer anderen Tonhöhe ein. An den Hirnaufzeichnungen ließ sich erkennen, dass der Hippocampus die beiden Laute innerhalb von zehn Minuten immer besser voneinander unterscheiden konnte. Das deuteten die Autorinnen und Autoren als eine Form des unbewussten Lernens.

Die restlichen vier Studienteilnehmer durften in ihrer Narkose zehnminütigen Podcast-Ausschnitten lauschen. Ihrer Hirnaktivität zufolge reagierten bestimmte Neurone im Hippocampus abweichend auf die jeweiligen Wortarten. Sie unterschieden so beispielsweise Substantive von Adjektiven oder Pronomen. Auf Grundlage des Kontexts antizipierten die Hirnzellen zudem kommende Wörter. »Sie sagten buchstäblich voraus, welches Wort als Nächstes kommen würde«, erklärt Sameer Sheth, einer der Hauptautoren der Arbeit. Eine Kontrollgruppe wacher Teilnehmer absolvierte eine ähnliche Podcast-Höraufgabe. Der Vergleich mit den Daten der sedierten Personen ergab: Ihre Neurone erbrachten in beiden Fällen vergleichbare Leistungen.

Normalerweise zeichnen Elektroden im Gehirngewebe bei derartigen Messungen die durchschnittliche Aktivität von Tausenden Neuronen in ihrem Umfeld auf. Das Team verwendete jedoch hoch entwickelte Sonden, sogenannte Neuropixel. Sie sind dünner als ein menschliches Haar und registrieren nur Signale von einigen Hundert Einzelzellen. Das ermöglicht einen weitaus detaillierteren Einblick in die Aktivität im Hippocampus.

Nicht wach, aber wachsam

Der nicht an der Untersuchung beteiligte Neuroforscher Martin Monti von der University of California in Los Angeles mahnt allerdings zur Vorsicht bei der Interpretation der Ergebnisse. Aus ihnen gehe etwa keineswegs hervor, dass die Teilnehmer wach gewesen waren. Das Narkosemittel Propofol stört die koordinierte Kommunikation im Gehirn, was nach Ansicht vieler Fachleute eine notwendige Voraussetzung für das Bewusstsein ist. Monti zufolge zeige die Studie vor allem, dass der Hippocampus auch unter Anästhesie Informationen verarbeitet und integriert.

Sheth hofft nun darauf, ähnliche Experimente mit Menschen durchführen zu können, die sich nach schweren traumatischen Hirnschäden im Koma oder im vegetativen Zustand befinden. Er will herausfinden, ob ihr Gehirn noch isolierte Regionen enthält, die Sprache verarbeiten und vorhersagen können. Zudem möchte er das Experiment mit anderen Anästhesieformen wiederholen. So ließe sich bestätigen, dass die Ergebnisse allgemein für das bewusstlose Gehirn gelten, und nicht nur spezifisch für durch Propofol hervorgerufene Narkosen. Mit Podcasts in Fremdsprachen will er darüber hinaus untersuchen, ob der Hippocampus auch dann versucht, die Struktur des Gesagten zu analysieren, wenn die Testperson die Sprache nicht versteht.