Bern: Weltweit erste Studie zur Langzeitmessung ausgelöster Hirnsignale

Ein Forschungsteam der Universitätsklinik für Neurologie des Inselspitals hat erstmals direkt untersucht, wie tief liegende Hirnregionen mit der Grosshirnrinde kommunizieren, und den Signalfluss über 24 Stunden mit hoher zeitlicher Präzision verfolgt.

Grundlage waren intrakranielle EEG-Messungen von 15 erwachsenen Patientinnen und Patienten mit Epilepsie, die im Rahmen ihrer klinischen Abklärung Elektroden zur Lokalisierung und Auslösung epileptischer Anfälle trugen.

Bisherige Methoden wie funktionelle Magnetresonanztomographie oder EEG konnten zwar zeigen, welche Hirnregionen gleichzeitig aktiv sind, nicht jedoch zuverlässig bestimmen, in welche Richtung die Signale fliessen.

Der neue Ansatz ermöglichte es erstmals, den Signalfluss direkt und ursächlich zu messen, wie das Inselspital mitteilt. Damit kommen die Forschenden einem lang gehegten Ziel näher: einer «dynamischen Landkarte» der Gehirnverbindungen, die zeigt, wie Informationen tatsächlich von Region zu Region übertragen werden.

Die Forschenden stimulierten einzelne Hirnregionen mit kurzen elektrischen Impulsen und beobachteten, wie sich diese Signale im Schlaf und im Wachzustand im Gehirn ausbreiten. So konnten sie zeigen, dass der Hippocampus und die Amygdala, zentrale Regionen für Gedächtnis und Emotionen, im Schlaf wie im Wachzustand etwa doppelt so viele Signale senden, wie sie empfangen. Anders als frühere Studien an Nagetieren fanden die Forschenden keine Umkehr des Signalflusses im Schlaf.

«Unsere Ergebnisse belegen, dass tiefe Hirnregionen beim Menschen eine aktive Rolle in der Signalübertragung spielen, unabhängig davon, ob wir schlafen oder wach sind», sagt Maxime Baud, Leitender Arzt der Universitätsklinik für Neurologie und Letztautor der Studie in der Mitteilung. Gedächtnis- und Emotionszentren verarbeiten also nicht nur Informationen, sondern sie verbreiten den Informationsfluss im Gehirn.

Die Ergebnisse werfen neue Fragen zur Funktionsweise des Gehirns auf, etwa ob die Richtung von Hirnsignalen mit Denken, Lernen und Gedächtnis zusammenhängt. Klinisch ist besonders relevant, ob sich der Signalfluss bei neurologischen Erkrankungen verändert und ob er sich künftig durch gezielte Hirnstimulation beeinflussen lässt, etwa bei Epilepsie oder neuropsychiatrischen Erkrankungen.

Um den Signalfluss im gesunden wie im erkrankten Gehirn vollständig zu verstehen, brauche es noch umfangreiche wissenschaftliche Arbeit, so die Forschenden. Im Kern gehe es um grundlegende Mechanismen eines Organs, das Gedächtnis, Emotionen und Verhalten prägt.

Baud fasst zusammen: «Langfristig müssen wir verstehen, wie jedes einzelne Signal entsteht, das das Gehirn in jeder Millisekunde verarbeitet. Der nächste Schritt wird sein, diesen Signalfluss mit der tatsächlichen Funktionsleistung des Gehirns zu verknüpfen. Nur so lassen sich wirksame und präzise Neurostimulationsgeräte entwickeln, die gezielt in gestörte Gehirnnetzwerke eingreifen.»