Menschen mit Behinderungen berichten häufig über das Phänomen "Phantomschmerzen" oder "Phantomglieder", wenn sie das Vorhandensein fehlender Finger, Hände, Füße oder Beine spüren und manchmal sogar Schmerzen in einmal amputierten Gliedmaßen spüren. Bisher konnte die Wissenschaft dieses Phänomen in keiner Weise erklären. Mit hochauflösenden Bildern konnten Wissenschaftler der Universität Oxford nun das Gehirn von Amputierten untersuchen und sehen, wie sich ihr Gehirn nach dem Verlust eines Arms verändert. Gehirndetails auf so hohem Niveau enthüllten zum ersten Mal eine erstaunliche Sache: Das Gehirn des Amputierten behält eine unglaublich detaillierte Karte der fehlenden Hand und der einzelnen Finger.
Die Existenz dieser detaillierten Karte der Hand im Gehirn - auch Jahrzehnte nach der Amputation - könnte das Phänomen der Phantomglieder teilweise erklären.
Sensorische Deprivation bei Menschen, die beispielsweise Blindheit, Taubheit oder Amputation erfahren haben, ist seit langem ein fruchtbares Feld für die Untersuchung der Plastizität des Gehirns. Die leitende Forscherin Sanna Kikkert und ihre Kollegen vom Hands and Brain Laboratory unter der Leitung von Associate Professor Tamara Makin haben als Grundlage für ihre Studie einen Aspekt des Phänomens der Phantomglieder herangezogen, bei dem Amputierte nicht nur die Anwesenheit oder Gefühle in den fehlenden Gliedmaßen spüren, sondern auch ihre Phantomhand „kontrollieren“können. Durch die Aufforderung an die Menschen, ihre Phantomfinger einzeln zu bewegen, während sie ihr Gehirn parallel scannen, konnten die Wissenschaftler eine detaillierte Karte der Phantomhanddarstellung im Gehirn erstellen.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass das Bewegen der Phantomhand eine Aktivität im Gehirn des Amputierten hervorruft. Bisher war es jedoch schwierig zu sagen, was genau diese Aktivität ist. Zum Beispiel ist es schwierig zu beweisen, dass die Gehirnaktivität eher auf das Vorhandensein einer fehlenden Handkarte als auf eine durch Amputation verursachte abnormale Aktivität hinweist.
Kickerts Forschung zeigt, dass Muster der Phantomhandaktivität wichtige Merkmale der „normalen“Darstellung der Hand enthalten, wie beispielsweise die räumliche Anordnung der Finger zueinander. Das Team konnte nachweisen, dass die Handkarten der Phantomglieder innerhalb des in einer Kontrollstichprobe von Zweihandteilnehmern angegebenen Bereichs lagen. Angesichts der Tatsache, dass die Probanden vor 25 bis 31 Jahren ihre Arme verloren haben, ist dies unglaublich.
In einem in der Zeitschrift eLife veröffentlichten Artikel konnten Wissenschaftler auch einige andere, trivialere Erklärungen für die Aktivität des Phantomgehirns widerlegen. Sie zeigten, dass die Aktivierung des Phantomarms kein einfaches Ergebnis der Muskel- oder Nervenaktivität im Stumpf ist, der nach der Amputation verbleibt. Beispielsweise blieben bei Amputierten, die ihre Muskeln verloren hatten (aufgrund einer Amputation über dem Ellbogen), die Handkarten dieselben wie bei denen, die überhaupt keine Signale von der Extremität senden oder empfangen konnten (aufgrund von Nervenschäden). Dennoch ist es immer noch ein Rätsel, ob die im Gehirn gespeicherte Handkarte Phantomempfindungen der Extremität hervorruft oder ob die Empfindungen selbst die Handkarte im Gehirn bewahren.
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Wie das Gehirn den Körper sieht
Diese Ergebnisse sind doppelt interessant, weil sie der herkömmlichen Weisheit widersprechen, wie das Gehirn die sensorische Karte des Körpers bildet und aufrechterhält. Diese sensorische Karte wird als somatosensorischer Homunkulus (vom Griechischen für "kleiner Mann") bezeichnet und hat Wissenschaftler mit ihrer hoch organisierten Struktur lange überrascht. Organisiert dahingehend, dass das Gehirn Körperteile sehr ähnlich faltet, wie sie sich auf dem Körper befinden:
Es wurde lange angenommen, dass diese Karte einen konstanten Strom sensorischer Eingaben vom Körper benötigt, um sie organisiert zu halten. Diese Idee wurde durch eine bedeutende Anzahl von Tierstudien gestützt, die zeigten, dass bei einer Amputation eines Gliedes Bereiche des Körpers in der Nähe des Homunkulus in das Gebiet des fehlenden Gliedes eindringen und dieses überschreiben.
Eine ähnliche Reorganisation wurde beim Menschen gefunden. Eine Studie von Tamar Makin und Kollegen aus dem Jahr 2013 ergab, dass das Gehirn nach einer Amputation dem fehlenden Arm das verbleibende Territorium wegnimmt. Ihre Studie zeigte auch, dass dieser Griff mit der Art und Weise zusammenhängt, wie die Probanden ihren Körper benutzten: Je mehr der Amputierte den verbleibenden Arm für tägliche Aktivitäten benutzte, desto mehr nahm dieser Arm die Gehirnressourcen des fehlenden Arms auf, möglicherweise um die Überbeanspruchung des intakten Arms zu unterstützen.
Kickert fand eine ähnliche Reorganisation in ihrer Gruppe von Amputierten im Bereich des fehlenden Armes im Gehirn sowie detaillierte Handkarten. Dies bedeutet, dass dieser Bereich des Gehirns nach der Amputation nicht nur funktionsfähig bleibt, sondern trotz der anschließenden Reorganisation auch erhalten bleibt - diese Tatsache wurde bisher nicht erkannt.
Tatsächlich kann es verwendet werden, um erstaunliche Technologien speziell für Verkrüppelte und Behinderte zu entwickeln: "Neuroprothesen", die direkt vom Gehirn gesteuert werden, normalerweise über Elektroden, die in die Großhirnrinde implantiert sind. Die nach der Amputation gespeicherte Handkarte kann verwendet werden, um einzelne Finger in diesen Neurocomputer-Schnittstellen zu steuern.
ILYA KHEL
