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Reorganisation des Gehirns

• Mechanismen der zerebralen Reorganisation
• Ausgewählte Literatur

Die sensorische Wahrnehmung aber auch motorische, sprachliche und intellektuelle Fähigkeiten können durch gezieltes Training verbessert werden. Im Rahmen von Rehabilitationsmaßnahmen können sich Patienten von Funktionsstörungen infolge neurologischer Erkrankungen erholen.

Die neurowissenschaftliche Forschung hat in den vergangenen Jahren grundlegende Mechanismen im Tierexperiment beschrieben. Besonders wichtige Erkenntnisse sind dabei gewesen, dass räumlich und zeitlich verbundene Reize eine langfristige Verstärkung der synaptischen Signalübertragung zwischen Nervenzellen hervorrufen und damit Veränderungen der zerebralen Funktionsrepräsentation induzieren (Jacobs und Donoghue 1991, Darian-Smith und Gilbert 1994, Wang et al. 1995, Fitzsimonds et al. 1997, Nagarajan et al. 1998). Außerdem wurde nachgewiesen, dass plastische Veränderungen in der Hirnrinde die Beteiligung von Kerngebieten im sogenannten basalen Vorderhirn erfordern, was die Netzwerk-Hypothese der zerebralen Reorganisationsmechanismen unterstützt (Kilgard und Merzenich 1998, Witte et al. 2000). Besondere Bedeutung haben die Untersuchungen von Nudo und Mitarbeiten (Nudo et al. 1996, Frost et al. 2003), nach denen gezieltes Training eine Vergrößerung der Funktionsrepräsentation von Bewegungen in motorischen Kortexarealen induziert, während nicht trainierte Affen keine Funktionsverbesserung und keine Veränderung der kortikalen Repräsentation zeigten. Demnach ermöglicht die Reorganisation in Folge von Hirnschäden eine Funktionserholung, wobei die periläsionelle Region aber auch funktionell verwandte, entfernt liegende Hirnareale beteiligt sind.

Beim Menschen können die Mechanismen der zerebralen Reorganisation mit den nicht-invasiven Verfahren der funktionellen Bildgebung und Elektrophysiologie untersucht werden. Beispielsweise haben Classen und Mitarbeiter (1998) zeigen können, dass in einer übungsabhängigen Weise die kortikale Repräsentation von Fingerbewegungen geändert werden kann. Probanden mußten nach Stimulation mit der transkraniellen Magnetstimulation wiederholt eine Bewegung entgegengesetzt zu der evozierten Bewegung ausführen. Nach dem Training rief die transkranielle Magnetstimulation eine Daumenbewegung in der neu geübten Richtung hervor. Diese Effekte sind pharmakologisch zu fördern oder zu unterdrücken, wobei gezeigt werden konnte, dass die kortikale Plastizität durch Langzeit-Veränderungen der synaptischen Funktion bedingt ist (Bütefisch et al. 2000). Demnach reorganisiert sich das Gehirn täglich entsprechend der jeweils gestellten Anforderungen. Vergleichbare Ergebnisse wurden auch bei Patienten nach Hirninfarkten erzielt (Liepert et al. 1998).

Bildgebende Untersuchungen zeigten, dass bei Patienten, die sich von einem Hirninfarkt erholt hatten, Hirnregionen aktiviert werden, die bei Gesunden, die dieselbe Aufgabe ausführen, nicht aktiv werden (Weiller et al. 1992, Weiller et al. 1993, Weder et al. 1994, Cramer et al. 1997, Seitz et al. 1998, Calautti et al. 2001). Diese Veränderungen können in Nachbarschaft zum Hirninfarkt oder in der gegenseitigen Hirnhälfte auftreten (Marshall et al. 2000, Binkofski and Seitz 2004). Damit ist es also möglich nachzuweisen, welche Hirnareale bei der Erholung von einer Halbseitenlähmung oder einer Sprachstörung beteiligt sind. Außerdem können die Interaktion verschiedener Hirnareale und Veränderungen ihrer Erregbarkeit in Folge von Hirnkrankheiten erfaßt werden. Offensichtlich ist die Interaktion der Hirnareale durch eine Hirnläsion weiträumig und gravierend verändert, was sich unter gezielter Aktivitätsbeeinflussung mit der transkraniellen Magnetstimulation nachweisen läßt (Johansen-Berg et al. 2002, Bütefisch et al. 2003).

Ein entscheidender Prädiktor für eine Funktionserholung nach Hirninfarkt ist aber die funktionelle Integrität des ursprünglich funktionstragenden Hirngewebes (Binkofski et al. 1996, 2001, Netz et al. 1997, Crafton et al. 2003, Kleiser et al. 2005). Dies ist in der Abbildung dargestellt. Derzeit beschäftigt sich die rehabilitative Neurobiologie darüber hinaus mit den funktionellen Determinanten, der zeitlichen Abfolge, den physiologischen Mechanismen und dem Effekt von Lernstrategien auf die zerebralen Mechanismen, die der Neurorehabilitation zu Grunde liegen (Seitz et al. 2004). Auf diese Weise können die in Tierexperimenten gewonnenen, modellhaften Erkenntnisse hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit überprüft und auf den Menschen übertragen werden.

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