„Gehirn an Rückenmark“: Auf das Timing kommt es an

Jede Bewegung erfordert ein fein abgestimmtes Zusammenspiel der Nervenzellen. Diesen komplexen Vorgang haben Neurochirurgen der Universität Tübingen aufgeschlüsselt. Ein besseres Verständnis solcher Prozesse kann helfen, neue Therapien für Patienten mit Lähmungen der Hand zu entwickeln.

Zähneputzen, Kaffeetrinken oder Benutzen des Smartphones: Wir setzen unsere Hände selbstverständlich und ohne nachzudenken ein. Anders geht es Menschen, die nach einem Schlaganfall oder Unfall gelähmt sind: Bei ihnen werden die richtigen Signale nicht mehr ohne Weiteres vom Gehirn über das Rückenmark an die Muskeln weitergeleitet – das Zusammenspiel ist aus dem Takt gekommen. Deswegen ist es wichtig, den genauen Rhythmus zu verstehen, in dem die Nervenzellen im motorischen System normalerweise miteinander kommunizieren, um diesen Takt auch nach Schädigungen des Nervensystems wiederherstellen zu können.

Hierfür eignet sich vor allem die transkranielle Magnetstimulation (TMS), eine nicht invasive und schmerzfreie Diagnose- und Behandlungsmethode. Mit der TMS kann die Aktivität von Nervenzellen in Gehirn und Rückenmark ohne Berührung untersucht werden. Ein Magnetfeld erzeugt einen Impuls über dem Kopf; dabei werden neuronale Signale von Nervenzelle zu Nervenzellen geleitet, bis sie beispielsweise an der Hand ankommen und eine Bewegungen auslösen. Über gleichzeitige elektrische Ableitungen mit der Elektroenzephalographie (EEG) und der Elektromyographie (EMG) kann dann untersucht werden, in welchem Aktivitätszustand sich die Nervenzellen befinden, wenn sie besonders gut miteinander kommunizieren.

Das Team um den Prof. Alireza Gharabaghi konnte nun zeigen, dass zwei unterschiedliche neuronale Netzwerke, die in verschiedenen Rhythmen schwingen, für das Zusammenspiel von Gehirn und Rückenmark besonders wichtig sind: Ein Netzwerk, das in den motorischen Arealen der linken und rechten Hirnhälfte auftritt und mit einer Frequenz von 14-17 Hz schwingt, sowie eines, das vor allem zwischen Gehirn und Rückenmark in einer Frequenz von 20-24 HZ oszilliert.

In beiden Netzwerken kommt es dabei auf das richtige Timing an: Impulse müssen auf die Millisekunde genau eintreffen, damit sie optimal an die Hand weitergeleitet werden. „Diese Erkenntnisse können uns helfen, gezielter Therapien für Menschen mit Lähmungen der Hand zu entwickeln“, sagte Gharabaghi. Eine klinische Anwendung für Schlaganfallpatienten soll nun in Studien untersucht werden.

Originalpublikation:
Khademi F et al.: Distinct Beta-band Oscillatory Circuits Underlie Corticospinal Gain Modulation.
Cerebral Cortex 2018;28(4):1502-1515.