Wie Schmerz im Gehirn entsteht und kommuniziert wird

Das Gefühl kennt jeder: Wenn der Finger verletzt wird, scheint er genau an der Stelle zu schmerzen, wo die Verwundung geschah. Der Schmerz scheint sich gefühlsmäßig draußen, d. h. außerhalb des Kopfes, abzuspielen. Doch dem ist nicht so: „Schmerz ist eine Konstruktion des Gehirns, d. h., er entsteht erst im Gehirn“, benennt Prof. Dr. Wolfgang Miltner von der Universität Jena aktuelle Erkenntnisse. Damit ist Schmerz „in erster Linie ein psychologisches und kein rein neuro-physiologisches Ereignis“. Im Gehirn wird Schmerz als Erfahrung gespeichert und wieder abgerufen – oder auch nicht, wie Jenaer Versuche unter Hypnose oder Ablenkung gezeigt haben. An der „Erfahrung Schmerz“, so der Psychologe Miltner, sind ca. 20 Strukturen im Gehirn beteiligt, die gemeinsam in bestimmter Weise zusammenarbeiten müssen.

Doch wie diese komplexe Schmerzmatrix genau funktioniert und wie die Gehirnstrukturen miteinander kommunizieren, damit es ein Schmerzerleben gibt, ist bislang nur unzureichend bekannt. Dies soll nun eine neue Forschergruppe an der Friedrich-Schiller-Universität Jena aufklären, die das Bundesforschungsministerium (BMBF) jetzt bewilligt hat. Es stellt dafür in den kommenden drei Jahren zusätzlich über 1,1 Millionen Euro zur Verfügung. „Die Gruppe verbindet das bereits vorhandene wissenschaftliche und technische Potenzial an der Friedrich-Schiller-Universität und erweitert es“, betont Sprecher Prof. Dr. Herbert Witte.

Neben seinem Institut für Medizinische Statistik, Informatik und Dokumentation sind Miltners Lehrstuhl für Biologische und Klinische Psychologie sowie die Professoren Jens Haueisen vom Biomagnetischen Zentrum und Jürgen Reichenbach von der Medizinischen Physik beteiligt. „Diese vier Einrichtungen, die seit Jahren auf dem Gebiet der ,Computational Neuroscience' ausgewiesen sind, tragen die neue Forschungsstruktur“, erläutert Witte. Zur so genannten „Bernstein-Gruppe“ werden am Ende die sechsköpfige Nachwuchsgruppe und mindestens weitere 16 Doktoranden und erfahrene Wissenschaftler sowie zusätzliches medizinisch-technisches Personal gehören. Am Kopf der Nachwuchsgruppe steht eine neue Professur für Computational Neuroscience/Biomagnetismus, die demnächst ausgeschrieben wird. „Das Forschungsgebiet der Computational Neuroscience verbindet Experiment, Datenanalyse, Computersimulation und Theoriebildung, um die hochkomplexen Strukturen und Funktionen sowie die Beziehungen zwischen Struktur und Funktion des Gehirns zu erforschen“, erläutert Witte die neue Disziplin der computerunterstützten Neurowissenschaft.

„Die Gruppe wie die gesamte Forschungsstruktur wird auch nach der dreijährigen Förderung weitergeführt“, betont Prof. Witte, der zugleich Prorektor für Forschung der Universität Jena ist. „Hier werden Partner zusammengebracht, die zu einem nachhaltigen Schwerpunkt vereinigt werden“, freut sich auch Prof. Miltner.

Und diese Partner werden nun erforschen, wie die Schmerzsignale miteinander interagieren, in welcher zeitlichen Abfolge und wie die Signale zum Gehirn und im Gehirn versandt werden. Bildlich formuliert: Was passiert im Mega-Orchester der Neuronen, wenn wir plötzlich Schmerz verspüren? Welche Neuronen-Musiker spielen wann aufgrund welcher Informationen welche Töne und auf welchen Wegen werden diese übertragen? Dieses „Schmerz-Konzert“ werden die Forscher der Universität Jena sowohl im gesunden als auch im kranken Körper, etwa bei rheumatischen oder entzündlichen Störungen, erforschen.

Dazu wird die Dynamik der Informationsübertragung in der Schmerzmatrix auf der Grundlage synchron erfasster Daten der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) und der Elektroenzephalographie (EEG) bzw. der Magnetenzephalographie (MEG) ermittelt – denn anders wäre dieses blitzartige Geschehen im Gehirn kaum analysierbar. „Dafür ist die Neuentwicklung von geeigneten Analysemethoden und dynamischen Modellierungsstrategien unumgänglich“, nennt Prof. Witte einige Anforderungen. „Denn erst die Verbindung von hoch entwickelten funktionell-bildgebenden Verfahren mit neuen mathematischen Analyse- und Modellierungsmethoden wird zu einer signifikanten Weiterentwicklung zukunftsweisender Ergebnisse und Anwendungen auf dem Gebiet der Computational Neuroscience beitragen“, ist sich der Medizininformatiker sicher. Und nur wenn die Grundlagen der Schmerzentstehung im Gehirn bekannt sind, können auch neue Konzepte der Schmerztherapie entwickelt und vielleicht manche unerträgliche Schmerzen gelindert werden.

Kontakt:
Prof. Dr. Herbert Witte
Institut für Medizinische Statistik, Informatik und Dokumentation der Universität Jena
Bachstr. 18, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 933133
E-Mail: herbert.witte[at]mti.uni-jena.de
Prof. Dr. Wolfgang H. R. Miltner
Institut für Psychologie der Universität Jena
Am Steiger 3 / Haus 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 945140
E-Mail: wolfgang.miltner[at]uni-jena.de