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Schmerzverarbeitung im Gehirn

Überraschende Abfolge von Gehirnreaktionen bei Schmerzen

| Autor/ Redakteur: Dr. Vera Siegler* / Christian Lüttmann

Bei Schmerzen finden drei wesentliche Prozesse im Gehirn statt: Der Reiz wird wahrgenommen, ein Handlungsimpuls, wie das Wegziehen der Hand, wird ausgesendet und Energie wird für diese Handlung bereitgestellt. Wie die zeitliche Abfolge dieser drei Prozesse im Gehirn aussieht, haben nun Forscher der Technischen Universität München (TUM) in einer neuen Studie beschrieben – mit unerwartetem Ergebnis.

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Mittels EEG untersuchen die Forscher, was bei Schmerzen im Gehirn der Probanden passiert – und wann.
Mittels EEG untersuchen die Forscher, was bei Schmerzen im Gehirn der Probanden passiert – und wann.
(Bild: TU München/ Kurt Bauer)

Basel/Schweiz – Wenn die Hand die heiße Herdplatte berührt, tut das weh – wir ziehen reflexartig die Hand zurück. Was im Einzelnen bei so einer Schmerzreaktion im Gehirn abläuft, haben nun Forscher der Klinik für Neurologie des TUM-Universitätsklinikums unter der Leitung von Prof. Dr. Markus Ploner untersucht. Die Wissenschaftler zeigten, dass das Gehirn auf einen Schmerzreiz mit mindestens drei unterschiedlichen Antworten reagiert.

Die wesentlichen drei Faktoren von Schmerz sind: die Wahrnehmung, die Handlung (zum Beispiel das Zurückziehen der Hand) und die Reaktion des autonomen Nervensystems, das die notwendige Energie für das Handeln bereitstellt. Wie die Forscher herausfanden, laufen diese drei Prozesse allerdings nicht nacheinander ab, sondern gleichzeitig und unabhängig voneinander. Die Ergebnisse könnten sich grundlegend auf das Verständnis und die Behandlung von Schmerzpatienten auswirken.

Schmerzen leiden für die Forschung

In ihren Versuchen lösten die Forscher bei Freiwilligen unterschiedlich starke Schmerzreize aus, indem sie schwache Laserpulse auf den Handrücken feuerten. Um die Schmerzwahrnehmung zu bestimmen, sollten die Personen die wahrgenommene Stärke des Reizes bewerten. Die Handlungskomponente untersuchte das Team anhand der Reaktionszeit, die die Patienten benötigten, um ihre Finger als Antwort auf die Reize zurückzuziehen. Um auch die dritte Schmerzkomponente zu bestimmen, maßen die Forscher die Schweißproduktion in den Handinnenflächen. So schlossen sie auf die Reaktion des autonomen Nervensystems.

Gleichzeitig wurde während des Versuchs die Hirnaktivität mithilfe der Elektroenzephalographie (EEG) registriert. Mit dieser Methode machten die Wissenschaftler sichtbar, wann und wie Nervenzellen auf einen Schmerzreiz reagieren.

Keine zeitliche Abfolge im Gehirn

Für die Auswertung verwendeten Ploner und sein Team ein statistisches Verfahren, die so genannte Mediationsanalyse. Dieses Verfahren ist in den Sozialwissenschaften inzwischen gut etabliert und wurde nun erstmals auf EEG-Daten angewendet, heißt es in einer Pressemeldung. So konnten die Forscher herausfinden, welche Hirnantworten an der Umsetzung der drei Schmerzkomponenten beteiligt sind, und wann genau diese stattfinden.

Das Ergebnis der Auswertungen überraschte nicht nur Laura Tiemann, Erstautorin der Studie: „Wir konnten erstmals sehen, dass die Hirnantworten für die Schmerzkomponenten nicht nacheinander ablaufen, sondern teilweise gleichzeitig. Das heißt, dass die Handlungsvorbereitung und die Energiebereitstellung nicht vollständig von der Schmerzwahrnehmung abhängen, sondern teilweise unabhängig davon umgesetzt werden.“

Nutzen für die Schmerztherapie

Was zunächst abstrakt klingt, könnte für Patienten mit chronischen Schmerzen wichtig sein. Ploner empfiehlt für eine umfassende Schmerztherapie alle drei Komponenten des Schmerzes im Auge zu behalten: „Bei chronischen Schmerzpatienten sind möglicherweise nicht nur die Wahrnehmung, sondern auch die Vorbereitung und Durchführung von Handlungen gegen den Schmerz sowie die Energiebereitstellung verändert. Unsere Befunde sind somit ein biologisches Argument für eine Schmerztherapie, die den Schmerz ganzheitlich mit allen Komponenten umfasst. Das würde sowohl psychotherapeutische und medikamentöse als auch physiotherapeutische Therapien beinhalten.“ Am Interdisziplinären Zentrum für Schmerzmedizin der TUM werden solche so genannten Multimodalen Schmerztherapien bereits angeboten.

Originalpublikation: Laura Tiemann, Vanessa D. Hohn, Son Ta Dinh, Elisabeth S. May, Moritz M. Nickel, Joachim Gross and Markus Ploner: Distinct patterns of brain activity mediate perceptual and motor and autonomic responses to noxious stimuli. Nature Communicationsvolume 9, Article number: 4487 (2018); DOI: 10.1038/s41467-018-06875-x

* Dr. V. Siegler: Technische Universität München (TUM), 80333 München

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