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MEDIZIN Graue Zellen bei der Arbeit

Mediziner testen eine neue Methode, dem Gehirn beim Denken zuzuschauen. Es könnte ihnen helfen, die Therapie von Tumorkranken und Hirnschlagpatienten zu verfeinern.
aus DER SPIEGEL 25/1998

Der Operationssaal war für Walter Freeman sein Atelier; die Modelliermasse, an der er werkelte, war menschliches Hirn. Mit Spateln und Eispickeln bahnte er sich den Weg durch die Schädelkalotte. Dann schnitzte er an der grauen Masse darunter, mit Vorliebe in der Stirnlappenregion.

Mit dieser brachialen Methode glaubte der amerikanische Neurologe in den vierziger und fünfziger Jahren, Schizophrenen und Depressiven helfen zu können. Was genau er im Nervengeflecht anrichtete, wußte er nicht. Daß viele seiner Patienten nach der Gewebsamputation in dumpfe Apathie und emotionale Erstarrung verfielen, verbuchte er als Therapieerfolg.

Seither ist die Ehrfurcht der Neurochirurgen vor dem gefurchten Organ im Kopf stetig gewachsen. Nur mit äußerster Sorgfalt wagen sie, es anzutasten. Ein Maschinenpark moderner Diagnosegeräte hilft ihnen dabei.

Etwa ein Dutzend deutsche Unikliniken haben jetzt das bisher spektakulärste Hirndurchleuchtungsinstrument in Betrieb genommen. Sein sperriger Name: »funktioneller Kernspintomograph«. Seine von monströsen Magneten erzeugten Kraftfelder erlauben beispiellos detaillierte Einblicke in die Welt unter der Schädeldecke.

Vor allem vor Tumoroperationen werden die neuartigen Tomographen eingesetzt. In welche Hirnregionen ist die Geschwulst eingewuchert? Hat sie das Sprachzentrum oder motorische Zentren infiltriert? Haben Nervenzellen anderer Areale diese Funktionen bereits übernommen? Diese Fragen, für das Vorgehen des Chirurgen von höchster Bedeutung, lassen sich nun im vorhinein beantworten.

Selbst das Rätsel, wo im Hirn Halluzinationen entstehen, ließe sich mit dem neuen Gerät möglicherweise lösen, erklärt der Frankfurter Neurologe Helmuth Steinmetz. Schon heute hilft es bei Patienten mit arteriellen Verschlüssen: Auf den Bildern des funktionellen Kernspintomographen läßt sich frühzeitig erkennen, ob die Mangeldurchblutung die Gefahr eines Schlaganfalls birgt. Auch nach dem Hirnschlag bieten sich neue Möglichkeiten einer präzisen Diagnose: Die neuen Geräte erlauben es zu unterscheiden, welche Teile des Hirns unwiderruflich zerstört und welche noch regenerationsfähig sind.

Das meiste Wissen über das Hirn stammt aus den letzten 30 Jahren. Bis Anfang der siebziger Jahre blieb das Denkorgan eine Art Blackbox. Der Blick durch das dicke Knochenkorsett, das die graue Masse umschließt, blieb den Ärzten verschlossen. Fast all ihre Kenntnisse über die Anatomie und Arbeitsweise des Gehirns verdankten sie der Obduktion. Erst die Computer- und, wenig später, die Kernspintomographen öffneten das erste Fenster ins lebende Hirn. Sie erzeugten Bilder, auf denen sich Klein-, Groß- und Stammhirn deutlich voneinander abhoben; Tumoren waren als helle Flecken zu erkennen. Für das elektrische Geflimmer der Neuronen waren allerdings auch diese Großgeräte blind.

Das änderte sich, als 1975 die Positronenemissionstomographie (PET) eingeführt wurde - auf farbenprächtigen Bildern zeigte sie das Hirn bei der Arbeit; grell aufflackernde Areale verrieten, wo Neuronen gerade besonders beschäftigt waren.

Mit der funktionellen Kernspintomographie besitzen Mediziner und Neurobiologen jetzt einen weiteren Horchposten, um den Schaltprozessen im Gehirn auf die Schliche zu kommen. Sie machen sich dabei zunutze, daß aktive Hirnregionen mehr Energie benötigen als untätig dahindämmernde graue Zellen. Sauerstoffreiches Blut fließt deshalb verstärkt in die arbeitenden Hirnareale. Indem das neue Verfahren mißt, welche Teile des Hirns den größten Hunger nach Sauerstoff haben, ermittelt es, wo gerade gerechnet wird.

Im Vergleich zur PET ist die 1991 von den US-Forschern Ken Kwong und Jack Belliveau entwickelte neuere Durchleuchtungstechnik ungleich schneller und zielgenauer. Die räumliche Auflösung der PET beträgt drei Millimeter, die zeitliche etwa eine Minute - für Prozesse im Gehirn, die sich in kürzeren Zeiträumen abspielen, taugt die Methode nicht. Die funktionelle Kernspintomographie kann dagegen bis zu einen Millimeter kleine Hirnsegmente unterscheiden und nur vier Sekunden dauernde Neuronentätigkeiten wahrnehmen.

Erst allmählich erkennen die Ärzte das Potential des neuen Blicks ins arbeitende Hirn. Unter Neurowissenschaftlern gelten die neuartigen Tomographen hingegen schon seit längerem als Werkzeug von hohem Rang. Mit ihrer Hilfe konnten sie die Landkarte des menschlichen Gehirns wesentlich verfeinern. Der US-Forscherin Sally Shaywitz von der Yale University in New Haven etwa ist es unlängst gelungen, Fehlfunktionen im Gehirn von Legasthenikern nachzuweisen. Auf Tomographen-Bildern zeigte sich, daß bei Lese- und Rechtschreibschwachen offenbar jene Hirnregionen, die die Verbindung zwischen dem geschriebenen Wort und seiner Aussprache herstellen, besonders schläfrig sind.

Noch sind es hauptsächlich die Basisprozesse wie Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Sprechen und Erinnern, welche die Hirnkartographen aus dem Nervengeflacker herausdestillieren. Demnächst wollen sie der Wirkung von Drogen und dem kleinen Unterschied von Mann und Frau im Oberstübchen mit Hilfe des revolutionären Verfahren auf die Spur kommen.

Auch die Behandlung von Schizophrenie und Depressionen könnten die »Brainmapper« auf verläßlicheren Boden stellen. »Bis heute«, urteilt Bob Turner, Neurologe in London und Mitentwickler der funktionellen Kernspintomographie, »sind Psychiater in der Situation von Automechanikern gewesen, die den Schaden nur am Motorgeräusch oder am Auspuffgeruch erkennen sollten. Wir machen ihnen jetzt die Motorhaube auf.«

Immer stärkere magnetische Felder werden die Trennschärfe der Gehirnspäher noch steigern. Bisher schoben die Forscher ihre Probanden meist in Felder mit Feldstärken zwischen 1,5 und 3 Tesla. Gegenwärtig aber laufen erste Tests mit einem 7-Tesla-Gerät.

Auch beim derzeit schärfsten Auge ist der Blick in die menschliche Gefühls- und Gedankenküche allerdings nicht ungetrübt: Etwa zwei Sekunden vergehen, bis eine aktive Hirnregion die Sauerstoffversorgung angekurbelt hat; rund fünf Sekunden dauert es, bis sie wieder verebbt - deshalb hinken die Forscher dem Neuronengewitter, das schon zehn Millisekunden nach einem Stimulus losbrechen kann, immer hinterher.

Durch die Kombination des Verfahrens mit schnelleren Methoden, wie beispielsweise der Elektroenzephalographie (EEG), hoffen die Wissenschaftler diese Reaktionslücke zu schließen. Erste Tests für die Wirksamkeit der Zweckehe sind bereits erfolgreich verlaufen. Millisekundenprotokolle der Neuronengespräche werden durch die Kombination mehrerer bildgebender Verfahren dereinst möglich sein.

Unterdessen reifen in den Labors bereits Konkurrenten der Hochleistungstomographen heran. Vor allem optischen Verfahren, die zwischen sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut zu unterscheiden vermögen, trauen einige Experten ein zehnfach höheres Auflösungsvermögen zu.

»In zehn Jahren«, spekuliert Bruce Rosen, Neurodiagnostiker an der Harvard Medical School in Boston, »werden wir vielleicht schon alle auf der optischen Welle schwimmen und unsere Riesenmagneten auf den Müll werfen.«

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Blick unter die Schädeldecke - bildgebundene Verfahren im Vergleich

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Blick unter die Schädeldecke - bildgebundene Verfahren im Vergleich

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