Es stimmt tatsächlich, dass die Darmflora und das gesamte Mikrobiom einen Einfluss auf Darmsystem hat. Nach dem ich vor 40 Jahren – deutlich vorwissenschaftlich deklariert – in der Hobbythek verbreitet habe, hat sich diese Aussage wissenschaftlich immer mehr verdichtet und ist heute Stand der Wissenschaft. So etwas wird auch medizinisch als Gold-Standard bezeichnet. Mit Fug und Recht kann man behaupten: Ist der Darm gesund, ist auch sein Träger, der Mensch, gesund. Immerhin ist das Immunsystem die absolut beste Apotheke der Welt. Das Immunsystem wird auch durch Impfen generell gestärkt, egal um welches Impfserum es sich handelt. Diese Erkenntnis hat mir seinerzeit schon mein Freund, Prof. Dr. Gerd Uhlenbrock, emeritierter Immunologe an der Universität zu Köln, eingetrichtert, schon vor besagten 40 Jahren. Er hat Recht behalten und ist mit seinem Wissen über 90 Jahre alt. Daran ist bestimmt aber auch sein Humor beteiligt, denn er hat seine Weisheit in denkwürdigen Aphorismen nieder geschrieben. Vielleicht verhilft dies einigen generellen Impfgegnern zu Umdenken, denn mit modernen Impfstoffen ist das Risiko mittlerweile millionenfach geringer als von irgendeiner gefährlichen Viren-Erkrankung erwischt zu werden.

In der beigefügten Pressemitteilung distanziere ich mich allerdings von der darin enthaltenen Werbung. Ob das dort propagierte präbiotische Nahrungsergänzungsmittel JO2-Phyto wirksam ist, ist wissenschaftlich nicht bewiesen, aber ich persönlich ziehe meinen selbst hergestellten probiotischen Joghurt mit den in der Hobbythek vorgestellten gefriergetrockneten probiotischen Joghurt-Bakterien vor. Täglich 250 ml Joghurt mit Früchten der oder tiefgefroren, sind die Quelle meiner Gesundheit geworden. Ich weiß nicht, ob es daran liegt, aber mit 85 Jahren bin ich nicht einen Zentimeter kleiner geworden. Vielleicht liegt es auch an dem im Joghurt enthaltenem Calcium.

Jean Pütz

(pts) – Über den sogenannten Vagusnerv ist das menschliche Gehirn auf direktem Weg mit dem Darm verbunden. Die Kommunikation zwischen den beiden Organen ist aber komplexer und findet zusätzlich auf indirekten Wegen statt, nämlich mithilfe von Metaboliten. Das sind Stoffwechselprodukte der Darmbakterien, die das Verdauungsorgan verlassen, die Blut-Hirn-Schranke überwinden können und somit Einfluss auf unsere Stimmung nehmen. Die Darm-Hirn-Achse ist vielen Menschen zunächst einmal gar nicht bewusst. Dabei kennt eigentlich jeder das Gefühl, wenn psychischer Stress sprichwörtlich „auf den Magen schlägt“ oder man Ärger „runterschluckt“. Werden die Darmbewohner falsch ernährt, können auch unser Gehirn und unsere Psyche Schaden nehmen, bis hin zu Depressionen. Das Forschungsteam rund um PhytoEffekt Gründer Dr.-Ing. Henning Rosenfeld, hat das präbiotische Nahrungsergänzungsmittel JO2-Phyto entwickelt, das unseren Darm und die Darmflora rezeptfrei und auf pflanzlicher Basis unterstützt. Die guten Bakterien wachsen und gesundheitsfördernde Metabolite entstehen. Allen voran die kurzkettigen Fettsäuren (engl. SCFA – short chain fatty acids).

Unser Darm braucht Hilfe, um unserem Hirn zu helfen
Während eine gesunde Darmflora emotional ausgleichend auf den Menschen wirkt, können Störungen des Mikrobioms im Darm zu Gereiztheit und aggressiver Stimmung führen. „Probiotische Lactobacillen senken sowohl bei Mäusen als auch beim Menschen den Stresslevel deutlich. Immerhin werden vom Mikrobiom psychoaktive Substanzen produziert, wie zum Beispiel Neurotransmitter oder Hormone, die dann das Gefühlsleben beeinflussen“, so Dr. Ing. Henning Rosenfeld, dessen Forschungsteam das „ideale Futter“ für das Mikrobiom auf pflanzlicher Basis mit den Flavanonen Naringin, Naringenin und Apigenin entwickelt hat. Aufgrund der weitreichenden Einflüsse des Mikrobioms ist es sinnvoll, wenn man sich der Darmflora annimmt und sie wieder ins Gleichgewicht bringt.

Gestörte Darm-Hirn-Achse mit dem Phyto-Effekt wieder geraderücken
Serotonin wird allgemeinhin als Glückshormon bezeichnet. Für den gesamten körpereigenen Serotonin-Haushalt spielt der Darm die entscheidende Rolle. 95 Prozent des Serotonins im Körper werden vom Darm und vom Darmmikrobiom hergestellt. Hier ist das Serotonin unter anderem für die Regulation des Glukose- und Fettstoffwechsels, die Verhinderung von Darmentzündungen und die Steigerung der Darmmotilität verantwortlich. Kürzlich wurde auch gezeigt, dass es sogar schützend gegen das Eindringen pathogener Mikroorganismen wirkt, die Krankheiten verursachen.

Nur fünf Prozent des Serotonins findet man im Gehirn, wo es seine stimmungsaufhellende Wirkung entfaltet. Der direkte Weg ins Gehirn ist dem Serotonin aufgrund der Blut-Hirn-Schranke leider versperrt, sodass es dort selbst produziert werden muss. Das erfolgt über die Aminosäure Tryptophan, die direkter Vorläufer des Serotonins ist. Die Serotonin-Menge im Gehirn lässt sich über den Tryptophanspiegel beeinflussen – und dieser wiederum über die Ernährung – bzw. den Darm. Dass tryptophanhaltige Nahrungsmittel stimmungsfördernd wirken, kann man zum Beispiel beim Verzehr von Schokolade erfahren.

Kapsel zur Regulation des Serotonin-Systems
Da der Darm das Hauptreservoir für Serotonin darstellt und über die Tryptophanaufnahme entscheidet, spielt er zusammen mit seinen Mikrobiom-Wechselwirkungen eine fundamentale Rolle in der Regulation des Serotonin-Systems. Neueste Studien haben gezeigt, dass die Mikroben die serotoninproduzierenden Darmzellen entscheidend durch Metabolite zur Produktion anregen. Es sind die kurzkettigen Fettsäuren (SCFA), die maßgeblich an der Regulation des Serontonin-Systems mitwirken. Und die SCFA-Produzenten kann man durch die richtigen Pflanzenstoffe fördern.

Dass im Alter das Hörvermögen abnimmt, beruht nicht nur auf physikalischen Ursachen. Dass z. B. die Cochlea altert und daher höhere Sequenzen nicht mehr wahrgenommen werden. Hören ist viel mehr, weil es im Gehirn oft vernachlässigte komplizierte Prozesse auslöst. So ist z. B. das Hören auch mit dem Auge verbunden. Beim gesunden Menschen werden die Signale, die vom Gesichtsfeld herkommen, selektiv verstärkt. Wenn aber ein Sprachengewirr, verbunden mit Echo- und Nebengeräuschen anfallen, wird das Gehirn umso stärker gefordert, um z. B. Sprache verstehen zu können. Das nimmt im Alter einfach ab. Leider wird das sehr selten im Fernsehen, Hörfunk oder Film von den Regisseuren berücksichtigt. Selbst im modernen Hörgerät, dass ganz individuell per Computer  auf den jeweiligen Besitzer des Ohr einstellbar ist, und die höheren Frequenzen anhebt, verbessert nicht das Verständnis. Dem soll Künstliche Intelligenz Abhilfe leisten, vor allen Dingen Nebengeräusche so unterdrücken, dass das Alters-Handicap reduziert wird.

Dazu die folgende Pressemitteilung

Jean Pütz

(pte) – Forscher des Hörforschungslabors der Universität Bern und des Inselspitals haben in einer Machbarkeitsstudie gezeigt, wie der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) bei der Entwicklung von Hörimplantaten hilft und den „Cocktail-Party-Effekt“ ermöglicht. Damit soll der hörbeeinträchtigte Träger aus vielen Schallquellen gezielt Sprache herausfiltern können – normalerweise eine natürliche Fähigkeit des Gehirns. Konkret geht es bei dem neuen Ansatz um virtuelle Zusatzmikrofone, deren Signale mittels KI errechnet werden.

78.000 Audiodateien genutzt
Je mehr Mikrofone ein Audioprozessor zur Verfügung hat und je breiter diese verteilt sind, desto besser kann eine Hörhilfe den Schall aus einer bestimmten Richtung fokussieren, wie die Forscher festgestellt haben. Für den Studienaufbau haben die Ingenieure den „Bern Cocktail-Party-Datensatz“, eine Sammlung einer Vielzahl von Geräusch-Szenarien mit mehreren Schallquellen aus Multi-Mikrofon-Aufnahmen von Hörgerät- oder Cochlea-Implantat-Trägern genutzt.

Anhand von 65 Stunden Audioaufnahmen (über 78.000 Audiodateien) wurde das neuronale Netzwerk zur Verfeinerung eines oft eingesetzten Richtwirkungs-Algorithmus (Beamforming) trainiert. Für ein verbessertes Sprachverstehen errechnete der Deep-Learning-Ansatz zusätzliche virtuelle Mikrofon-Signale aus dem Audiodaten-Gemisch. 20 Probanden testeten das KI-verstärkte Hören in einem subjektiven Hörtest, begleitet von objektiven Messungen. Insbesondere in Cocktail-Party-Settings verbesserten die virtuell abgetasteten Mikrofonsignale die Sprachqualität signifikant, heißt es.

Neue Hörprothesen-Generation
Den Wissenschaftlern zufolge profitieren Hörgeräte- und Cochlea-Implantat-Nutzer besonders in lauten Umgebungen von dem vorgestellten Ansatz. „Künstliche Intelligenz stellt einen wichtigen Beitrag für die nächste Generation von Hörprothesen dar, da sie großes Potenzial für eine Verbesserung des Sprachverstehens, insbesondere in schwierigen Hörsituationen hat“, so Marco Caversaccio, Chefarzt und HNO-Klinikdirektor. Die neuartigen Ansätze kommen im Rahmen von Translationsstudien direkt den Patienten zugute, schließt der Mediziner.

Ulrich Trottenberg

Hat Deutschland in der Corona-Pandemie alles richtig, nicht alles, aber im Großen und Ganzen alles richtig, vieles falsch oder sogar fast alles falsch gemacht? Darüber gehen die Meinungen auseinander und für ein abgewogenes Urteil ist es sicher noch zu früh. Die überwiegende Mehrheit der Öffentlichkeit würde sich heute vermutlich auf eine mittlere Bewertung (im Großen und Ganzen richtig, aber Fehler im Einzelnen) einigen können.

Es sind die Politiker:innen, die Expert:innen und die Medien, die für die Bewältigung und den Umgang mit der Pandemie eine wesentliche, vielleicht entscheidende Rolle gespielt haben. Und wie die Rollen zu bewerten sind, auch da gibt es in der Öffentlichkeit sehr unterschiedliche Einschätzungen, die reichen von: Die Politik war beratungsresistent und alle Fehler sind gemacht worden, weil die Politik sich nicht nach den Expert:innen gerichtet hat – bis: Die Politik hat versucht, sich nach den Expert:innen zu richten, aber deren öffentlicher Streit hat kaum Klarheit, sondern ein überwiegend diffuses Bild ergeben. Und was die Medien angeht, gehen die Meinungen von „sie haben ihr bestes“ getan bis zu: Sie haben durch ihre Inkompetenz oder durch Berichterstattung nach dem Motto „Bad news is good news“ die Verunsicherung der Öffentlichkeit noch verstärkt.

Aus wissenschaftlicher Sicht ist vieles nicht gut gelaufen. Natürlich gibt es nicht „die Wissenschaft“, die sich über die Bewertung von Maßnahmen, von Entwicklungen und von Prognosen einig ist. Wissenschaft lebt vom Diskurs, auch bei sorgfältigster, den wissenschaftlichen Standards genügender Arbeit gibt es immer unterschiedliche Bewertungen und Einschätzungen, bisweilen auch Streit in der Wissenschaft, der dann nach festgelegten Regeln ausgetragen werden muss. Hätte sich aber in einer so schwierigen, angstbesetzten Zeit wie der Pandemie „die“ Wissenschaft nicht um eine einigermaßen einheitliche Bewertung der Situation bemühen und sich abstimmen müssen, bevor sie sich in der Öffentlichkeit äußert?

Das ist leider kaum geschehen. Jedenfalls haben wir in den Talkshows – und die sind neben den offiziellen Verlautbarungen eine sehr wichtige Informationsquelle für die Öffentlichkeit – zwar zunächst immer die gleichen „Expert:innen“ erlebt, deren Position und Auftreten man bei regelmäßigem Talkshow-Konsum schon voraussagen konnte, sind aber mit durchaus unterschiedlichen Einschätzungen konfrontiert worden: Da waren die warnenden, kritischen Stimmen und die weniger pessimistischen, die konkreten und die allgemeinen, die sachlichen und die selbstdarstellerischen. Es ist keine Frage, dass in manchen Talkshows durchaus hochkompetente Fachleute zu Wort gekommen sind. Viele der kompetentesten deutschen Fachleute, z.B aus der Statistik und aus dem Bereich der mathematischen Modellierung, sind gar nicht erst eingeladen worden – oder hatten auf den Talkshow-Zirkus keine Lust.

Ulrich Trottenberg

In den Medien ist seit Beginn der Corona-Pandemie fast täglich von „Modellen“ die Rede, mit denen die Ausbreitung und die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Corona-Virus beschrieben und möglichst auch prognostiziert werden sollen. Solche Modelle haben bei den politischen Entscheidungen über Corona-bezogene Maßnahmen eine wesentliche Rolle gespielt. Seit einigen Wochen werden die Modelle – auch in der seriösen Presse – z.T. heftig kritisiert, weil ihre Prognosen in vielen Fällen nicht eingetroffen sind.

Unter den uns bekannten Modellen sind einige mathematisch anspruchsvoll, sorgfältig konzipiert und vorsichtig in den Prognosen. Neben diesen ausgereiften Modellen werden in den Medien aber auch simple, bisweilen grob vereinfachende und irreführende Modelle kommuniziert. Wir gehen im Folgenden auf die Möglichkeiten und auf die Grenzen mathematischer Modellierung detaillierter ein.

Für die politischen Maßnahmen zur Corona-Eindämmung spielen seit Beginn der Pandemie die Empfehlungen insbesondere der virologischen und epidemiologischen Experten eine wesentliche Rolle. Dabei werden zur Beschreibung und zur Prognose der Ausbreitung der Pandemie oft auch mathematische Modelle benutzt. Die Ergebnisse solcher Modelle werden von (mehr oder weniger kompetenten) Experten gern auch in den bekannten TV-Talkshows präsentiert. Die mit den Modellen errechneten Prognosen haben sich nun aber in vielen Fällen als nicht realistisch erwiesen. Was ist da los? Warum werden die Öffentlichkeit, die Politik und gerade auch die Experten von den tatsächlichen Entwicklungen immer wieder überrascht? Warum gelingt es nicht, zum Beispiel die Inzidenzen einigermaßen präzise vorauszusagen und damit auch die Maßnahmen vorausschauend zu planen? Nun gibt es einerseits mathematisch ausgereifte, höchst anspruchsvolle, andererseits aber auch weniger durchdachte Modelle bis hin zu grob vereinfachenden „Modellen“ und Simulationen. Dass die (bei den Moderatoren der Talkshows besonders beliebten) vereinfachenden Modelle die realen Verhältnisse nicht adäquat beschreiben, ist ja vielleicht nicht weiter verwunderlich. Aber auch die anspruchsvollen, mathematisch durchdachten Modelle kommen oft an Grenzen. Warum sind realistische Prognosen offensichtlich so schwierig?

Mathematische Modelle, das sind Formelsysteme, die mit intelligenten Algorithmen auf schnellen Rechnern ausgewertet werden. Die gesamte Physik wird von mathematischen Theorien und Modellen beherrscht, und das gilt ähnlich auch für alle anderen Natur- und Ingenieurwissenschaften zunehmend werden auch wirtschaftliche und gesellschaftliche, medizinische und psychologische Prozesse mathematisch beschrieben und optimiert.

Warum ist die Mathematik in den naturwissenschaftlich- technischen Bereichen so überaus erfolgreich, bei Corona aber so wenig überzeugend? Die öffentlich diskutierten mathematischen Corona-Modelle und Simulationen können Entwicklungen beschreiben und erklären, aber bei den Prognosen versagen sie in vielen Fällen. Um das verständlich zu machen, gehen wir auf drei repräsentative Beispiele mathematischer Modellierung etwas genauer ein.

1. Nehmen wir die klassische Physik (und die darauf beruhende Technik). Die meisten Vorgänge der klassischen Physik lassen sich mit mathematischen Gleichungen, in der Regel mit Differentialgleichungen, vollständig erfassen. Ein schönes Beispiel sind die Zustände und Vorgänge der Elektrizität und des Magnetismus. Sie lassen sich mit wenigen mathematischen Gleichungen(in diesem Fall „partiellen“ Differentialgleichungen) sehr hoher Abstraktion beschreiben. Diese „Maxwell-Gleichungen“ bilden das zugehörige mathematische Modell. Die Auswertung dieser Gleichungen mit Hilfe geeigneter Algorithmen erlaubt die Beschreibung, Prognose und Optimierung der elektrischen und magnetischen Phänomene und Prozesse mit hoher Präzision. Die Maxwell-Gleichungen bilden damit auch die theoretische Grundlage der gesamten Elektrotechnik. Hier leistet die Mathematik das Maximum dessen, was man von ihr erwarten kann. Ähnliches gilt für alle Kernbereiche der klassischen und der modernen Physik und für alle ihre technischen Anwendungen. Der Siegeszug der Technik in den letzten 250 Jahren und die industrielle Revolution sind ganz wesentlich ein Siegeszug der mathematischen Modellbildung.
2. Die Prognosemöglichkeiten kommen aber an Grenzen, wenn es sich bei den Phänomenen, die mit den mathematischen Modellen beschrieben werden, um chaotische Phänomene handelt. Als chaotisch wird ein (physikalisches) System oder Phänomen insbesondere dann bezeichnet, wenn es auf kleine (minimale) Änderungen der Bedingungen in der Ausgangssituation (in den Eingabedaten) mit großen (drastischen) Veränderungen im Verhalten, insbesondere im längerfristigen Verhalten, reagiert. Dafür gibt es eine Fülle von Beispielen, neben sehr einfachen physikalischen Systemen wie dem Doppelpendel auch hochkomplexe Systeme. Das fundamentale Beispiel eines chaotischen Systems, mit dem wir täglich zu tun haben, ist das Wetter. Auch wenn die ausgeklügelten mathematischen Wettermodelle, die feinkörnige weltweite Wetterdatenmessung und -erfassung, die höchst effizienten Algorithmen und die atemberaubende Rechengeschwindigkeit der Supercomputer heute eine erstaunlich genaue Wetterprognose für die jeweils nächsten Tage ermöglichen – deutlich über 10 Tage hinaus ist eine sichere Wettervorhersage (außer bei ungewöhnlich stabilen Wetterlagen) praktisch nicht möglich.

Dabei entziehen sich das Wetter und viele andere chaotischen Systeme und Phänomene wie das genannte Doppelpendel, Crashphänomene, turbulente Strömungen, Erdbeben, Vulkanausbrüche usw. nicht grundsätzlich einer mathematischen Modellierung. Denn es handelt sich bei solchen Erscheinungen nicht um vollständig zufällige, sondern durchaus um deterministische Ereignisse, bei denen aber eine sichere und längerfristige Vorhersage – insbesondere wegen der hochsensiblen Abhängigkeit von den Ausgangsdaten – nicht möglich ist.

Auch ohne die Corona-Phänomene vollständig verstanden zu haben, kann man nach Einschätzung des Autors heute davon ausgehen, dass chaotische Elemente bei der Übertragung der Viren, der Wirkung auf den menschlichen Körper und der globalen Ausbreitung der Pandemie durchaus eine Rolle spielen.

3. Die Vorhersagemöglichkeiten sind noch weiter eingeschränkt, wenn man es mit individuellem menschlichem Verhalten und mit menschlichen Entscheidungen in kritischen Situationen zu tun hat, wie bei der Corona-Pandemie.   Da sind dann oft nur statistische Erfassungen, Beschreibungen und Aussagen möglich. Aber auch solche Phänomene kann man mit mathematischen Modellen zu beschreiben versuchen. Uns sind in den Medien, insbesondere in den TV-Talkshows (Illner, Maischberger, Will; Lanz usw.) die Ergebnisse solcher Modelle immer wieder präsentiert worden, von meist den gleichen, mittlerweile bundesweit bekannten Modellierern. Detailliertere Informationen über den mathematischen Charakter der Modelle hat man in den Medien dabei nicht erhalten – das verhindern schon die (meist ganz und gar nicht Mathematik-affinen) Moderatorinnen und Moderatoren. Eine Bewertung der Modelle ist allerdings auch bei genauer Kenntnis der Modell-Mathematik nicht einfach; letztlich werden die Modelle erst durch die Realität bestätigt (oder widerlegt).

Der Autor hat sich nur mit einem Modellierungsansatz („On COVID-19 Modelling“ von Robert Schaback) genauer auseinandergesetzt. Das Modell beschreibt die COVID-19-Epidemie mit einem (gemäß Robert Schaback vergleichsweise einfachen) System gewöhnlicher Differentialgleichungen. Aus Sicht des Autors ist das Modell sehr sinnvoll und überzeugend, es orientiert sich eng an den jeweils aktuellen, verfügbaren Daten. Demgegenüber erfasst z.B. das ebenfalls überzeugende Modell des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM (Anita Schöbel et al.) auch die zeitlichen Verzögerungen bei der Corona-Übertragung. Die ernst zu nehmenden Modelliererinnen und Modellierer betonen, dass die Qualität der modellbasierten Vorhersagen sensibel von den jeweils verfügbaren Daten abhängt; deren Verfügbarkeit wird allerdings als häufig sehr unzureichend bezeichnet.

Differentialgleichungen modellieren das epidemische Geschehen eher makroskopisch, also gewissermaßen durch globale Betrachtung der Pandemieausbreitung, ähnlich einer Strömung oder einer Flut. Vom den einzelnen Individuen wird dabei abstrahiert. Daneben werden aber auch fundamental andere Modellierungsansätze verfolgt. Bei sogenannten „agentenbasierten“ Ansätzen wird z.B. versucht, das Verhalten und die Entscheidungen der einzelnen Individuen und die Auswirkungen dieser Entscheidungen auf das Gesamtsystem mathematisch zu erfassen. Ob diese Ansätze erfolgversprechender sind als die makroskopischen Ansätze, kann der Autor nicht fundiert beurteilen; er ist eher skeptisch.

Von Modellierern und Kommentatoren wird gelegentlich argumentiert, dass die politisch veranlassten Lockdown-Maßnahmen und Einschränkungen effektiver gewesen wären, wenn die Politik die Modellprognosen ernster genommen hätte. Das mag im Einzelfall zutreffen. Aber selbst bei intimer Kenntnis der zugrundeliegenden Mathematik ist eine objektive Bewertung der unterschiedlichen Modellansätze und Modellprognosen nicht einfach. Die Experten und Modellierer haben sich in vielen Fällen auch nicht einheitlich geäußert. Besonders deutlich sind die unterschiedlichen Positionen und fragwürdigen Empfehlungen der Experten bei den Impfstrategien geworden – mit der Folge einer fatalen Verunsicherung der Öffentlichkeit.

Schließlich: Dass mathematische Modellierungsmöglichkeiten in Extremsituationen und Katastrophen an prinzipielle Grenzen kommen, dafür ist der überaus tragische Verlauf der Loveparade in Duisburg im Jahre 2010 ein erschütterndes Beispiel.