Ob elektrische Stimulation einer Hirnregion Komapatienten helfen kann, ist noch offen. Zwei Affen konnten jetzt so zumindest aus tiefer Narkose geweckt werden. Foto: Oliver Berg/dpa
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Neue Hoffnung für Koma-Patienten? Mit Stromstößen aus der Narkose geweckt

Niemand weiß, wo im Hirn „Wachheit“ und „Schlaf“ gesteuert werden. Jetzt haben Forscher eine Region entdeckt, deren Stimulation Makaken aus der Narkose holt.

Es scheint die selbstverständlichste Sache der Welt zu sein: Nachts wird geschlafen, tagsüber ist man wach – von gelegentlichen Ausnahmen mal abgesehen. Doch wer sich noch an den berühmten „Professor Hastig“ aus der Sesamstraße erinnert, der mitten in seinen Vorträgen plötzlich einschlief, wird sich womöglich schon einmal Gedanken darüber gemacht haben, wie das Gehirn das Schlafen und Wachen eigentlich steuert.

Jetzt hat ein israelisch-amerikanisches Forschungsteam herausgefunden, dass der Schalter für die Wachheit in einer bestimmten Region im Thalamus des Gehirns sitzt, dem zentralen lateralen Nucleus (CL). Stimulierten sie diese Region bei zwei zuvor narkotisierten Makaken mit feinen elektrischen Impulsen, wachten die Tiere wieder auf, schreiben die Forscher im Fachblatt „Neuron“.

Das Hirn mit Strom in Takt bringen

Die Forscher verwendeten dabei eine Technik, die bereits seit Langem als Therapie bestimmter Hirnerkrankungen, etwa der Schüttellähmung Parkinson, eingesetzt wird und zugelassen ist: die „Tiefe Hirnstimulation“. Dabei werden feine Drähte in die von der jeweiligen Krankheit betroffene Hirnregion geführt, um mit Hilfe von sehr schwachen elektrischen Impulsen die Nervenzellen wieder „in Takt“ zu bringen.

Bei Parkinson-Patienten ist das die „Substantia nigra“, in der Nervenzellen absterben und die verbliebenen nur noch unkoordinierte Signale zu den Hirnregionen schicken, die das Bewegen von Armen und Beinen steuern. Folge ist das typische Zittern, das durch den Stromstoß des „Hirnschrittmachers“ in vielen Fällen verschwindet. Auch bei Muskelzittern (Tremor) und sogar psychischen Erkrankungen wie Depressionen wird die Methode mit gewissem Erfolg eingesetzt.

Das Team um Yuri Saalmann von der Universität Wisconsin in Madison, USA, war aufgrund von Forschungsergebnissen an Ratten und Affen davon ausgegangen, dass der Bewusstseinszustand vom Thalamus aus reguliert wird.

Diese Schaltzentrale im Zwischenhirn verarbeitet die Reize, die über die Sinnesorgane ins Gehirn gelangen, und kontrolliert Bewegungen. Dazu steht sie in Kontakt mit sehr vielen anderen Hirnregionen, etwa mit dem Frontallappen des Gehirns.

Um die Hypothese zu überprüfen, narkotisierten die Forscher die zwei Makaken mit einer Dosis, die die Tiere normalerweise mindestens zwei Stunden schlafen lässt.

Aktivierten die Wissenschaftler dann die zuvor im Thalamus verlegten Elektroden, erwachten die Tiere. Das heißt, trotz der Schlafmittel öffneten sie die Augen, griffen mit den Armen nach Gegenständen und reagierten mit Gesichts- und Körperbewegungen auf Geräusche im Raum. Auch andere Körpersignale, wie Atem- und Herzfrequenz entsprachen dem wachen Zustand.

Ohne Stimulation schliefen die Affen wieder ein

Stoppten die Forscher die Elektrostimulation, schliefen die Tiere wieder ein. Der Grad der Wachheit war sowohl abhängig von der Frequenz der Elektrostimulation – idealerweise 50 Hertz – als auch vom Ort der Stimulation im Hirn: Stimulierten die Forscher die Tiere auch nur wenig neben dem zentralen lateralen Nucleus des Thalamus, oder anderswo im Gehirn, konnten sie die Tiere nicht aus der Narkose wecken.

Messungen zeigten, dass die Stimulation der CL-Region die Art und Weise der Kommunikation zwischen dem Thalamus und anderen Hirnregionen änderte – ähnlich wie sich diese Muster von Nervenimpulsen auch zwischen normalem Schlaf- und Wachzustand, also unbewusstem und bewusstem Zustand unterscheiden. Haben die Forscher in diesem Kommunikationsmuster von Nervenzellen ein „neuronales Korrelat des Bewusstseins“, gewissermaßen die „Bewusstseins-Signatur“ gefunden?

Wohl eher nicht. Der Zustand der „erweckten“ Affen sei nicht identisch mit einem normalen wachen Bewusstsein, sagt der Neurologe Nicholas Schiff von der Cornell Universität: „Der durch die Stimulation aktivierte Zustand, den das Modell erzeugt, unterscheidet sich sehr vom normalen Wachzustand.“

Außerdem seien die durchgeführten Verhaltenstests sehr begrenzt und würden in Studien am Menschen dem Niveau beim Übergang vom Verhalten im vegetativen Zustand zum frühen minimal bewussten Verhalten entsprechen. „Wir haben keine Möglichkeit, sinnvoll zu erfahren, wie die Empfindungen im minimal bewussten Zustand sind.“

Es geht um mehr als um Wach- und Schlafzustände

Tatsächlich gibt es nicht nur die beiden Zustände von Wachen und Schlafen, von bewusst und unbewusst, sondern diverse Abstufungen dazwischen. Und in welchen Zustand die „aufgeweckten“ Affen nun waren, lässt sich schwerlich ermitteln. Für Steven Laureys, Leiter der „Koma-Forschungsgruppe" am  Universitätsklinikum Lüttich in Belgien, geht es bei der Studie ohnehin „um weit mehr als nur um Wachheit und Schlaf“.

Bislang spreche man von Wahrnehmung, Aufmerksamkeit, Wachheit oder dergleichen, um den „wichtigen Begriff des Bewusstseins“ zu vermeiden. „Mit dieser Publikation können wir nun also über das Bewusstsein von nicht-menschlichen Primaten sprechen.“ Wie diese aus der Narkose erwachten Tiere wirklich dachten, was sie wahrnahmen, das herauszufinden bleibe eine Herausforderung, sagt Laureys, „weil wir mit Makaken weder verbal noch nonverbal kommunizieren können.“

Das Experiment zeige aber, dass Menschen nicht die Einzigen sind, die sich ihrer und ihrer Umwelt bewusst sind, so Laureys. „Und jetzt sehen wir erstmals, wie sich das Konzept „Bewusstheit“ von den Tieren auf den Menschen übertragen lässt.“

Experimente, die Komapatienten helfen könnten

Für Koma- und andere Patienten könnten die Affenexperimente in Zukunft durchaus therapeutischen Nutzen haben. „Meines Erachtens könnte es möglich sein, Komapatienten mit dieser Methode der tiefen Hirnstimulation aufzuwecken", sagt Christof Koch.

Der Präsident des Allen-Institute für Hirnforschung in Seattle würde aber „trotz der vielversprechenden Ergebnisse vorsichtig sein, auf Basis dieser Studie Schlüsse zu klinischen Implikationen zu ziehen.“ So würden sich die Zustände des Komas und der Betäubung durch Anästhetika „in hohem Maße“ unterscheiden. Vergleichbar seien sie aber in Bezug auf die komplette Bewusstlosigkeit.

Einsatz ist noch weit entfernt

Tatsächlich gibt es bereits Therapieversuche an Komapatienten und Menschen mit Bewusstseinsstörungen. So hat Schiffs Forschungsgruppe bereits Menschen in der CL-Region stimuliert, „um Funktionen sowohl bei Patienten mit Bewusstseinsstörungen und als auch bei Patienten mit einem höheren Grad der Genesung nach einem Koma wiederherzustellen.“

Derzeit laufe eine Studie an Patienten, die sich vom Koma oder einer schweren Hirnverletzung erholt haben, aber noch kognitive Beeinträchtigungen haben, sagt Schiff.

2007 hatte Schiff die Tiefe Hirnstimulation als Erster eingesetzt, bei einem 38-jährigen Amerikaner, der nach einem Koma zwar erwacht war und die Augen geöffnet hatte, aber nicht kommunizieren konnte. Nach der Behandlung konnte er wieder selbstständig essen und sprechen.

Von einer einsatzfähigen Therapie ist das Feld aber noch weit entfernt. „Wir müssen noch sehr viel mehr verstehen, bevor wir solche Instrumente in einem klinischen Kontext wirklich anwenden können“, sagt Laureys. So sei es „höchst unwahrscheinlich“, dass das, was beim Menschen als „Bewusstsein“ beschrieben wird, einzig und allein in der CL-Region im Thalamus entsteht, sagt Igor Kagan, Leiter der Forschungsgruppe Entscheidungs- und Bewusstseinsbildung am Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen. Das menschliche Bewusstsein könne nicht an einem zentralen Ort lokalisiert werden. (mit smc)

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