Gammawellen im sterbenden Gehirn: 9 Ratten 2013 und 4 Patienten 2023

Schritt 1

Vor 2013 · Die Frage

Man nahm an, dass sich das Gehirn beim Herzstillstand abschaltet

Manche Menschen, die einen Herzstillstand überleben, berichten von einer sehr lebhaften NTE, manchmal „realer als real“ (aus dem Englischen übersetzt). Bei einem Herzstillstand erreichen aber weder Blut noch Sauerstoff das Gehirn. Man nahm an, dass es fast nichts mehr tun konnte.

2009 sahen Ärzte der George Washington University etwas Seltsames bei 7 Patienten, die auf einer Intensivstation starben. Ein Hirnmonitor zeigte einen kurzen Anstieg, als der Blutdruck völlig abfiel. Dieser Monitor wird zur Messung der Sedierung verwendet. Der Anstieg dauerte meist zwischen 30 Sekunden und 3 Minuten. Die Ärzte selbst sagten, die Verbindung zu NTE sei reine Spekulation.

Jimo Borjigin dachte, wenn das Gehirn nach einem Herzstillstand etwas mache, müsse es messbar sein. Wenn NTE aus dem Gehirn kämen, müsse es außerdem ein Signal geben.

Was macht das Gehirn in den ersten Sekunden nach dem Herzstillstand?

Um genau hinzusehen, begann sie mit Tieren.

Schritt 2

Um 2013 · Das berichtet die Studie

Ein Labor in Michigan setzt Sensoren ins Gehirn von 9 Ratten

Der Versuch fand an der Universität Michigan in Ann Arbor statt. Verwendet wurden 9 Laborratten, männliche und weibliche.

Sie wurden an ein Elektroenzephalogramm angeschlossen, abgekürzt EEG. Das ist ein Gerät, das die Elektrizität des Gehirns abhört, wie ein Mikrofon das Murmeln von Millionen Nervenzellen. Diese Elektrizität wird als wellenförmige Linien dargestellt. Das sind die Wellen des Gehirns.

• Die Sensoren lagen innerhalb des Schädels, in 6 Bereichen: vorn, in der Mitte und hinten, auf beiden Seiten.
• Weitere Sensoren maßen das Herz und einen Nackenmuskel. So wusste das Team, ob ein Signal von dort oder aus dem Gehirn kam.
• Nach der Operation ruhten sich die Ratten mindestens eine Woche aus.

Am Versuchstag begann die Aufzeichnung um 10 Uhr morgens. Zuerst wurde mindestens eine halbe Stunde mit der wachen Ratte aufgezeichnet. Danach eine halbe Stunde unter Betäubung.

So gab es drei Zustände zum Vergleich: wach, betäubt und nach dem Herzstillstand.

Schritt 4

Die ersten 30 Sekunden · Das berichtet die Studie

In 30 Sekunden erzeugt das Rattenhirn einen Schub von Gammawellen

Hirnwellen unterscheiden sich darin, wie schnell sie steigen und fallen. Die schnellsten heißen Gammawellen. Sie steigen und fallen mehr als 25-mal pro Sekunde. Andere Studien haben sie mit Wachsein, Träumen und Meditieren in Verbindung gebracht.

Nach dem Herzstillstand zeigten alle 9 Ratten denselben Ablauf mit vier Phasen:

• Etwa 4 Sekunden sehr schnelle Gammawellen.
• Etwa 6 Sekunden Gammawellen, gemischt mit langsameren Wellen.
• Ein kurzer Schub langsamer Wellen, weniger als 2 Sekunden.
• Etwa 20 Sekunden langsamere Gammawellen mit 35 bis 50 pro Sekunde, im ganzen Gehirn stark aufeinander abgestimmt.

Danach wurde die Linie flach.

Der Schub trat bei allen 9 Ratten in derselben Form auf.

Währenddessen nahmen die übrigen Wellen stark ab. Am Höhepunkt machten die langsamen Gammawellen mehr als die Hälfte der gesamten Hirnaktivität aus. Bei der wachen Ratte waren es weniger als 5 von 100.

Schritt 5

In der letzten Phase · Das berichtet die Studie

Die Hirnbereiche arbeiten stärker im selben Takt als bei der wachen Ratte

Das Team maß nicht nur die Menge der Gammawellen. Es untersuchte auch, ob die Hirnbereiche zusammenarbeiteten.

• Die Kohärenz misst, ob zwei Bereiche im selben Takt arbeiten, wie zwei Chöre, die gleichzeitig dasselbe Lied singen. Bei den Gammawellen war sie mehr als doppelt so hoch wie bei der wachen Ratte.
• Die Konnektivität misst, ob ein Bereich einem anderen „Informationen weitergibt“ und in welche Richtung. Es ist wie ein Gespräch, bei dem man weiß, wer spricht und wer zuhört. Von vorn nach hinten stieg sie 8-mal höher als bei der wachen Ratte. Von hinten nach vorn 5-mal höher.
• Die Gammawellen waren an den Rhythmus langsamerer Wellen gekoppelt. Diese langsameren Wellen heißen Theta und Alpha. Laut dem Artikel wurde eine solche Kopplung beobachtet, wenn Menschen Dinge sehen und sich erinnern.

Deshalb schrieben die Autoren, die Aktivität habe die des wachen Gehirns „übertroffen“.

Aber nicht alles wurde gleich verglichen. Für die Menge der Gammawellen bei der wachen Ratte nutzte das Team den Mittelwert von 10 Minuten. Nach dem Stillstand dagegen den Höchstwert, gemessen in Abschnitten von 2 Sekunden. Auch bei der Konnektivität wurde der Höchstwert verwendet, weil es in diesen 20 Sekunden nur einen oder zwei Werte gab. Die Kohärenz wurde dagegen anhand von Mittelwerten verglichen. Außerdem war die gesamte Hirnaktivität viel geringer als vor dem Stillstand. Nur die Gammawellen nahmen zu.

Offen blieb, ob der Schub einen Herzstillstand brauchte.

Schritt 6

Eine andere Gruppe Ratten · Das berichtet die Studie

Bei 8 weiteren Ratten, die ersticken, schlägt das Herz weiter

Der Versuch wurde mit 8 weiteren, ebenfalls betäubten Ratten anders wiederholt. Diesmal wurde ihr Herz nicht gestoppt. Sie atmeten 2 Minuten lang nur Kohlendioxid und erstickten durch Sauerstoffmangel.

Ihr Herz schlug mehr als 10 Minuten weiter.

• Derselbe Ablauf mit vier Phasen trat auf, ebenfalls in etwa 30 Sekunden.
• Die Kohärenz der Gammawellen stieg über die der wachen Ratte.
• Die Menge der Gammawellen erreichte die der wachen Ratte, überstieg sie aber nicht.

Der Schub brauchte keinen Herzstillstand. Sauerstoffmangel im Gehirn reichte aus.

Für die Autoren schloss dieser zweite Versuch auch den Schmerz der Spritze als Ursache des Schubs aus.

Schritt 7

August 2013 · Das berichten Autoren und Presse

Die Autoren sprechen von einem Ausgangspunkt zur Erklärung der NTE

Der Artikel erschien am 12. August 2013 online in PNAS, der Zeitschrift der US-amerikanischen Akademie der Wissenschaften. Er ist kostenlos lesbar.

Die Autoren schreiben, das Gehirn von Säugetieren könne, „so paradox es auch erscheinen mag“, in Todesnähe Anzeichen intensiven Bewusstseins zeigen. Sie glauben, damit eine wissenschaftliche Grundlage zu liefern, „um mit der Erklärung“ von NTE zu beginnen.

Am selben Tag veröffentlichte National Geographic die Nachricht unter dem Titel „In sterbenden Gehirnen: Anzeichen gesteigerten Bewusstseins“. Am nächsten Tag hieß eine weitere Nachricht: „Nahtoderfahrungen könnten durch einen Anstieg der Hirnaktivität ausgelöst werden“.

In diesem Bericht von National Geographic äußerten sich zwei weitere Ärzte:

• Steven Laureys leitet eine Gruppe an der Universität Lüttich in Belgien, die das Koma erforscht. Er sagte, es sei sehr schwer zu wissen, was die Ratten wahrgenommen hätten. Die Studie zeige aber viel mehr Aktivität als erwartet.
• Sam Parnia ist der Arzt, der die AWARE-Studien leitete. Er sagte, der Vergleich dieser Ratten mit NTE sei „äußerst verfrüht“. Wenn kein Blut mehr ankomme, trete Kalzium in die Nervenzellen ein und schädige sie. Auch das könne im EEG sichtbar sein.

Niemand wusste, ob die Ratten etwas erlebten oder was.

Schritt 8

November 2013 · Das berichten Kritiker und Autoren

Drei Forscher aus Virginia schreiben an die Zeitschrift, die Autoren antworten

Bruce Greyson ist ein Psychiater, der seit Jahrzehnten NTE erforscht. Er schrieb zusammen mit Edward Kelly und Ross Dunseath einen Brief an die Zeitschrift. Alle drei waren von der Universität Virginia. Sie nannten sieben Gründe, den Schub nicht mit NTE zu verbinden. Das sind die wichtigsten:

• Man kann nicht wissen, ob die Ratten etwas erlebten und was.
• Nach dem Herzstillstand sei die gesamte Hirnaktivität viel geringer gewesen als zuvor.
• Bei Menschen werde das EEG flach zwischen 10 und 20 Sekunden nach einem Herzstillstand.
• Es gebe NTE, bei denen Menschen von Ereignissen berichten, die weit nach den 30 Sekunden stattfanden.
• Es gebe NTE ohne Herzstillstand und ohne fehlende Blutversorgung des Gehirns.
• Alle Ratten hätten den Schub gehabt. Dagegen berichteten nur 10 bis 20 von 100 Überlebenden eines Herzstillstands von einer NTE.

Ein weiterer Grund war, dass es NTE unter Narkose gibt. Im Brief stand auch, die Ratten hätten „unter Narkose die beobachteten EEG-Muster nach dem Herzstillstand nicht gezeigt“. Dieser Satz kann bedeuten, dass die Narkose allein, ohne Herzstillstand, keinen Schub auslöste. Aber 2015 ging Greyson weiter. Er schrieb, die Narkose beseitige den Schub vollständig. Im Artikel waren die Ratten beim Stoppen des Herzens schon betäubt, und der Schub trat bei allen auf.

Borjigin, Michael Wang und George Mashour antworteten in derselben Zeitschrift:

• Die mit Bewusstsein verbundenen Wellen seien bei allen Ratten gestiegen, auch wenn die übrigen abnahmen.
• Bei Menschen werde das EEG mit Sensoren auf der Kopfhaut gemessen. Bei den Ratten lagen die Sensoren innerhalb des Schädels und erfassten viel mehr.
• Menschen, die einen Herzstillstand überleben, seien sehr unterschiedlich. Die Ratten dagegen seien sehr ähnlich. Außerdem hätten vielleicht mehr Menschen eine NTE, erinnerten sich aber nicht daran.

Die Autoren sprechen von „elektrischen Fingerabdrücken“ des Bewusstseins bei den Ratten. Sie können aber nicht sagen, was diese erlebten.

Schritt 9

Seit 2014 · Das berichtet die Studie von 2023

Dasselbe Labor sucht den Schub bei Menschen, die auf der Intensivstation sterben

Zehn Jahre später wechselte Borjigins Team von Ratten zu Menschen. Gang Xu steht als erster Autor auf dem Artikel.

Diesmal führten sie keinen Versuch durch. Sie prüften die Aufzeichnungen der Patienten, die seit 2014 auf der neurologischen Intensivstation des Krankenhauses der Universität Michigan gestorben waren. Sie suchten Menschen, die beim Sterben ein EEG trugen. Sie fanden 4 solche Patienten.

• Drei lagen wegen eines früheren Herzstillstands im Koma. Der Sauerstoffmangel hatte ihr Gehirn geschädigt.
• Eine lag wegen einer großen Hirnblutung im Koma.
• Alle vier hatten 3 oder 4 Punkte auf der Glasgow-Skala. Dieser Test reicht von 3 bis 15 Punkten und erfasst, ob jemand die Augen öffnet, spricht oder sich bewegt. 3 ist die niedrigste Punktzahl, und 4 liegt sehr nahe daran. In den letzten 24 Stunden zeigten sie kein Zeichen von Bewusstsein.

Ihr EEG hatte 19 auf die Kopfhaut geklebte Sensoren.

Die Ärzte glaubten, sie würden sich nicht erholen. Die Familien stimmten dem Beenden der lebenserhaltenden Maßnahmen zu.

Schritt 11

Sekunden nach dem Beenden der Beatmung · Das berichtet die Studie

Bei 2 der 4 Patienten erzeugt das Gehirn einen Schub von Gammawellen

Bei zwei Patienten geschah nichts Ähnliches. Es gab nur langsame Wellen, dann wurde die Linie flach.

Bei den anderen beiden stiegen die Gammawellen wenige Sekunden nach dem Entfernen des Beatmungsgeräts, während das Herz noch schlug. Je nach Hirnbereich erreichten sie das 2- bis 391-Fache des vorherigen Werts.

Das Team betrachtete einen Hirnbereich, den manche Wissenschaftler heiße Zone nennen. Er liegt hinten und an den Seiten des Kopfes. Dort treffen die Bereiche zusammen, die sehen, hören und den Körper spüren. Einer Bewusstseinstheorie zufolge wird dort unser Erleben zusammengesetzt, wie ein Film am Schneidetisch.

• Die Kohärenz und Konnektivität der Gammawellen stiegen in diesem Bereich bei beiden Patientinnen.
• Die Aktivität stieg erneut, als sich der Zustand des Herzens verschlechterte.
• Bei einer stand das Herz 33 Sekunden still. Ihre Gammawellen koppelten sich während dieser Pause und danach stark an langsamere Wellen.

Beide Patientinnen mit dem Schub hatten etwas gemeinsam: Beide hatten epileptische Anfälle gehabt.

Eine hatte sie nur während ihrer Schwangerschaften gehabt. Die andere hatte am Tag vor dem Tod einen sehr langen Anfall gehabt. Ein Spezialist sah im EEG der letzten 24 Stunden keine Anfälle. Außerdem waren es die einzigen beiden, deren Herz beim Entfernen des Beatmungsgeräts schneller schlug.

Schritt 12

Bei der Veröffentlichung · Das berichten die Autoren

Die Autoren selbst sagen, was sie nicht wissen können

Der Artikel erschien am 1. Mai 2023 ebenfalls in PNAS. Er ist kostenlos lesbar. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass das menschliche Gehirn während eines Herzstillstands „aktiv sein kann“.

Alle vier Menschen starben. Niemand konnte etwas erzählen.

Deshalb schreiben die Autoren, die Aktivität der heißen Zone lege etwas Bewusstes nahe, beweise es aber nicht. Sie habe vielleicht nichts mit einem Erleben zu tun. Sie sei vielleicht nur das, was ein geschädigtes Gehirn beim Sterben mache.

Sie prüften auch, ob die Wellen woanders herkommen konnten:

• Bewegung: Bei einer Patientin könnte der Anstieg durch Bewegungen beim Entfernen des Beatmungsschlauchs größer erschienen sein.
• Muskeln: Bei der anderen erfassten zwei Sensoren auf der Stirn auch Muskelsignale. Als diese entfernt wurden, sank der Anstieg, verschwand aber nicht. Die Kohärenz der heißen Zone änderte sich nicht.
• Epileptische Anfälle: Sie sahen keine. Einen Anfall in einem tiefen Hirnbereich können sie aber nicht ausschließen. Die Sensoren auf der Kopfhaut erfassen diese Bereiche nicht.

Der Artikel erschien erneut in der Presse.

Schritt 13

Mai 2023 · Das berichten Presse und Kritiker

Erneut Schlagzeilen, und zwei NTE-Forscher antworten

Noch am 1. Mai titelte die Zeitschrift Science: „Ein Schub von Hirnaktivität beim Sterben könnte das Vorbeiziehen des Lebens vor den Augen erklären“.

Wenige Wochen später veröffentlichte PNAS einen Kommentar von Christof Koch, einem Neurowissenschaftler, der Bewusstsein erforscht. Koch schrieb, die Studie liefere starke Belege dafür, dass das sterbende Gehirn nicht immer ruhig sei. Ein so großer Anstieg von Gammawellen passe aber auch zu einem epileptischen Anfall. Er würde dem eher vertrauen, wenn etwas Ähnliches bei gesunden Menschen zu sehen wäre, zum Beispiel bei Menschen, die Stoffe nehmen, die NTE-ähnliche Erfahrungen auslösen.

Pim van Lommel ist der niederländische Kardiologe, der die Studie in zehn Krankenhäusern durchführte. Van Lommel und Bruce Greyson veröffentlichten eine Kritik in der Zeitschrift des Vereins, der NTE erforscht. Das sagen sie:

• Es gebe keinen Beleg dafür, dass diese Aktivität bewusst gewesen sei.
• Es sei kein Herzstillstand gewesen, sondern das Beenden der Beatmung bei Menschen im Koma, deren Herz noch schlug.
• Bei einem Herzstillstand werde das EEG flach nach 10 oder 20 Sekunden und bleibe während der Wiederbelebung flach. Deshalb glauben sie, NTE bei Herzstillständen träten mit flachem EEG auf.
• Die elektrische Aktivität wäre die Verarbeitung der Erfahrung durch das Gehirn, nicht ihre Ursache. Es ist wie beim Lesen: Ihre Nervenzellen werden aktiv, schreiben aber nicht die Wörter auf der Seite.

Manche Punkte der Kritik passen nicht ganz zu den Artikeln. Van Lommel und Greyson bezeichnen beide Patientinnen als „mit bekannter Epilepsie“, aber eine hatte Anfälle nur während ihrer Schwangerschaften. Die Menschen der zitierten Studien trugen während ihres Herzstillstands nie ein EEG. Zudem hatte eine Patientin von 2023 eine Herzpause von 33 Sekunden. Dabei war das EEG schon stark gedämpft, und die Gammawellen stiegen nicht. Trotzdem blieben ihre Wellen gekoppelt.

Wir haben keine veröffentlichte Antwort der Autoren auf diese Kritik gefunden.

Schritt 14

Von 2015 bis 2025 · Was danach kam

Mehr Ratten, eine Übersicht desselben Teams und eine Studie ohne Gammagipfel

Andere Studien forschten weiter. Diese helfen am meisten, den Schub zu verstehen:

• 2015, dasselbe Labor. Bei mit CO₂ erstickten Ratten stiegen Kohärenz und Konnektivität, und der Herzrhythmus änderte sich. Das Gehirn schüttete in den ersten 2 Minuten viel Serotonin aus, mehr als das 20-Fache des Normalen.
• Andere Studien an Ratten sahen den Anstieg vor dem Herzstillstand, nicht danach. Bei Menschen tritt er ebenfalls vorher auf.
• 2022, ein 87-jähriger Mann. Er starb in einem Krankenhaus mit einem vollständigen EEG am Kopf. Seine Gammawellen stiegen, kurz bevor sein Herz stillstand, und sanken danach. Davon erzählen wir auf der Seite über die Studie von Vicente.
• 2022, 8 Patienten, deren lebenserhaltende Maßnahmen beendet wurden. Bei 4 stieg die Aktivität vor dem Stillstand des Blutkreislaufs. Außerdem schaltete sich das EEG meist mehr als eine Minute vor dem Kreislaufstillstand ab. Bei der Hälfte geschah das mindestens 78 Sekunden vorher.
• 2023, AWARE II. Die Studie maß das Gehirn während der Wiederbelebung. In manchen Pausen erschienen fast normale Wellen, aber keine Gammawellen. Niemand, der sich an etwas erinnerte, trug das EEG.
• 2025, ein anderes Labor. Es untersuchte 39 Ratten, die am Ende einer Migränestudie mit CO₂ getötet wurden. Bei den wachen Ratten stiegen alle Wellen nach 3 Minuten gleichzeitig. Klare Veränderungen der schnellsten Gammawellen sahen die Forscher nicht, veröffentlichen diese Daten aber nicht. Sie maßen weder Kohärenz noch Konnektivität. Es war keine Wiederholung des Versuchs von 2013. Die Autoren glauben, der Unterschied zu 2013 liege daran, dass das Salz 2013 ins Herz gespritzt wurde. Allerdings trat der Schub 2013 auch bei mit CO₂ erstickten Ratten auf.

2024 sichteten Mashour und drei weitere Forscher der Michigan-Gruppe alle Veröffentlichungen. Zuerst schreiben sie, sie lehnten jede Erklärung ab, die nicht vom Gehirn ausgehe. Danach schreiben sie drei Dinge:

• Es gebe keine Belege, die diese Schübe mit irgendeiner Erfahrung verbinden.
• Sie hätten vielleicht gar nichts mit Bewusstsein zu tun.
• Sie berichten, andere Forscher hielten den Schub der ersten Sekunden für möglicherweise zu kurz für eine so reichhaltige NTE. Sie schlagen vor, die Erfahrung könne zu einem anderen Zeitpunkt beim Sterben oder bei der Erholung entstehen. Sie schließen nicht einmal die Zeit mit flachem EEG aus.

Die Frage vom Anfang bleibt: Ist dieser Schub die NTE? Sehen wir uns an, was sich herausfinden ließ und was nicht.