Wach oder bewusstlos? Für diese Frage spielt offenbar ein Areal im Thalamus eine entscheidende Rolle. Denn wird diese Region mittels Hirnstimulation gereizt, lassen sich Makaken sogar aus tiefer Narkose aufwecken, wie nun ein Experiment belegt. Dies legt nahe, dass dieses Areal auch beim Menschen am Wachzustand beteiligt ist – und eröffnet vielleicht sogar die Chance, Komapatienten durch eine solche Reizung zu wecken, wie die Forscher im Fachmagazin „Neuron“ berichten.
Wo im Gehirn liegt das Zentrum unseres Bewusstseins? Und welche neuronalen Aktivitätsmuster bestimmen, ob wir wach sind oder bewusstlos? Bisher gibt es darauf keine endgültige Antwort. Studien deuten aber darauf hin, dass für unser waches Bewusstsein ein Zusammenwirken von Großhirnrinde und Thalamus nötig ist – einem Teil des Zwischenhirns. Narkosemittel unterbinden diese Kommunikation und auch bei Komapatienten scheinen diese Verknüpfungen gestört.
Spurensuche per Hirnstimulation
Einen Schritt näher an die Entschlüsselung unseres Bewusstseins sind nun Michelle Redinbaugh von der University of Wisconsin-Madison und ihre Kollegen gekommen. Für ihre Studie hatten sie zunächst die Hirnaktivität von Makaken im Wachzustand, im Schlaf und in Narkose analysiert. Dabei zeigte sich, dass vor allem Neuronen im Thalamus und in den tieferen Schichten der Hirnrinde auf Wechsel im Bewusstseinszustand reagieren.
Doch wie hängen diese Areale zusammen? Und wer von ihnen gibt das Signal zum Wachwerden oder aber Einschlafen? Um das herauszufinden, implantierten die Forscher den Affen Elektroden an verschiedene Stellen des Thalamus und der Hirnrinde – ähnlich wie bei der tiefen Hirnstimulation gegen Parkinson oder Depressionen. Dann stimulierten sie diese Stellen jeweils mit schwachen Stromreizen, während die Tiere entweder im Tiefschlaf oder in Narkose lagen.
Aus Schlaf und Narkose geweckt
Das überraschende Ergebnis: Reizten die Forscher ein bestimmtes Areal im Thalamus, wachten die Makaken plötzlich auf. „Die Affen öffneten ihre Augen und blinzelten, griffen nach Objekten und bewegten Gesicht und Körper wie im Wachzustand“, berichten Redinbaugh und ihre Kollegen. Auch auf Berührungsreize reagierten die Tiere und ihre Atmung und Herzrate beschleunigten sich.
„Sie verhielten sich, als wären sie wach“, sagt Redinbaughs Kollege Yuri Saalmann. Dies zeigte sich auch im Muster der Hirnaktivität: „Indem wir dieses Areal reizten, konnten wir auch im Cortex die neuronale Aktivität wiederherstellen, die man normalerweise im Wachzustand sieht“, sagt Saalmann. Dieses Aufwecken funktionierte sowohl bei schlafenden als auch bei mit Propofol oder Isofluran betäubten Affen. Doch sobald die Hirnstimulation stoppte, versanken die Tiere sofort wieder in tiefe Bewusstlosigkeit.
Schlüsselzentrum für unser Bewusstsein
Nach Ansicht der Forscher demonstriert dies, dass der sogenannte centrolaterale Thalamus eine Schlüsselrolle für das Bewusstsein spielt. Er scheint die Impulse zu geben, die das komplexe Kommunikationsnetzwerk zwischen Thalamus und Großhirnrinde aktivieren. Eine Reizung der mit diesem Thalamus-Areal verknüpften Cortexschichten reicht dagegen nicht aus, um den Wachzustand herbeizuführen, wie die Experimente belegten.
Was aber bedeutet dies praktisch? Zum einen geben die Ergebnisse tiefere Einblicke darin, wie unser Bewusstsein funktioniert und zustande kommt. Denn auch wenn das Experiment mit Affen durchgeführt wurde, sind die Effekte auf den Menschen übertragbar, wie auch Christof Koch vom Allen Institute for Brain Science in Seattle in einem Kommentar betont. „Die Unterschiede zwischen Menschen und Affen, vor allem auf diesem fundamentalen Level des Gehirns, sind sehr gering.“
Hoffnung für Komapatienten?
Zum anderen weckt das Experiment die Hoffnung, dass eines Tages vielleicht auch Komapatienten durch eine solche Hirnstimulation aufgeweckt werden könnten. „Die Hauptmotivation für unsere Forschungen ist es, Menschen mit Störungen des Bewusstseins zu einem besseren Leben zu verhelfen“, sagt Redinbaugh. „Dafür müssen wir erst einmal verstehen, welcher Mechanismus für das Bewusstsein mindestens nötig ist. Denn dann können wir gezielt an diesem Teil des Gehirns ansetzen.“
Tatsächlich ist es einem Forscherteam im Jahr 2016 bereits gelungen, einen Wachkoma-Patienten durch Ultraschall-Reizung des Thalamus aufzuwecken. Ein weiteres Team um Nicholas Schiff von der Cornell University erreichte bei Komapatienten zumindest eine messbare Veränderung der Hirnströme durch eine gezielte Stimulation des centrolateralen Thalamus. Diesen Ansatz halten daher auch andere Hirnforscher für vielversprechend: „Ich stimme voll zu, dass diese Forschung wichtige therapeutische und klinische Auswirkungen haben kann“, kommentiert Igor Kagan vom Deutschen Primatenzentrum in Göttingen.
Allerdings muss noch geklärt werden, ob Patienten durch eine solche Hirnstimulation wirklich das volle Bewusstsein wiedererlangen können. Bei den Affen sei dies noch nicht der Fall gewesen, meint Nicholas Schiff: „Die Verhaltenstests sind sehr begrenzt und würden in Studien am Menschen dem Übergang vom vegetativen Zustand zum frühen minimal bewussten Verhalten entsprechen“, kommentiert er. (Neuron, 2020; doi: 10.1016/j.neuron.2020.01.005)
Quelle: Cell Press
