Susanne Klein-Vogelbach-Preis 2002 an Dr. med. Timo Krings, Aachen, verliehen

Der mit 10.000 Schweizer Franken dotierte internationale Susanne Klein-Vogelbach-Preis wurde für das Jahr 2002 an den Aachener Neuroradiologen Dr. Timo Krings für seine Untersuchungen über die Aktivierung von sekundären motorischen Hirnarealen bei Patienten mit Lähmungserscheinungen verliehen.

Die Jury zeichnete Krings für seine Untersuchungen mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) aus, die neue Aufschlüsse darüber geben, wie das Gehirn den Ausfall bestimmter motorischer Funktionen durch verstärkte Aktivität in sekundären Arealen auszugleichen sucht. Die Aachener Forscher zeigten erstmals an einem großen Patientenkollektiv, dass das motorische System in Abhängigkeit von der Komplexität einer Aufgabe, die ihrerseits abhängig von den aktuellen motorischen Fähigkeiten des untersuchten Patienten ist, als ein Netzwerk seine neuronale Aktivität anpasst. Als Kontrollgruppe wurden u.a. auch Pianisten untersucht.

Obwohl die Aktivitätsmuster des Gehirns während motorischer Aktivität bei gesunden Kontrollprobanden hinlänglich bekannt sind, ist die Frage bislang nicht ausreichend beantwortet worden, wie sich diese Aktivierungsmuster bei Patienten mit Hirntumoren, die in der Nähe der motorischen Hirnzentren liegen, verändert. Insbesondere ist es bislang nicht geklärt, welchen Effekt eine Lähmung bzw. der Grad der Lähmung auf die Hirnaktivierungsmuster hat.

Aus diesem Grund wurden in der mit dem Preis ausgezeichneten Arbeit 110 Patienten mit einem Hirntumor untersucht, der im Bereich der motorischen Hirnareal lag und in einem Drittel der Fälle zu einer schweren Lähmung, in einem Drittel zu einer leichten Lähmung und in einem Drittel zu keiner relevanten Lähmung geführt hatte.

Alle Patienten mussten die gleiche einfache Fingerbewegungsaufgabe durchführen. Dabei zeigte sich, dass in Abhängigkeit von dem Grad der Lähmung die Aktivität in den primär motorischen Zentren abnahm während die Aktivität in den sekundär motorischen Hirnzentren bei zunehmender Lähmung zunahm. Die Abnahme der Aktivität in den primär motorischen Zentren lässt sich nach Ansicht der Autoren dadurch erklären, dass der Tumor einerseits den Verlust von gesunden Nervenzellen andererseits aber auch eine Veränderung in der Hirndurchblutung ausgelöst hat. Beide Faktoren zusammen bewirken eine Abnahme der Aktivität.

Interessanter hingegen erscheint den Autoren die Zunahme der Aktivität in den nicht von dem Tumor betroffenen sekundär motorischen Zentren mit steigendem Grad der Lähmung. Diese kann zum einen als Ausdruck einer kortikalen Reorganisation erklärt werden, die z.B. als Folge einer erhöhten Komplexität der motorischen Aufgabe für den Patienten auftritt, zum anderen aber auch als Ausdruck redundanter Systeme, die die Funktion des geschädigten Kortex übernehmen. Die Aktivitätszunahme kann aber auch als Korrelat anderer funktioneller Strategien zur Lösung der motorischen Aufgabe gedeutet werden.

Unter Berücksichtigung einer von der Arbeitsgruppe um Timo Krings durchgeführten Studie an Pianisten, die während der Durchführung einer komplexen Handbewegungsaufgabe im Vergleich zu Kontrollprobanden deutlich weniger Aktivität in den verschiedenen Knoten des motorischen Netzwerkes benötigten, erscheint den Autoren jedoch folgende Erklärung für die vermehrte Aktivität in sekundär motorischen Zentren bei zunehmender Lähmung am wahrscheinlichsten: Patienten, die einen Verlust ihrer motorischen Geschicklichkeit aufwiesen, zeigten in den Arealen eine vermehrte Aktivität, die bei gesunden Probanden erst während der Durchführung einer komplexen Aufgabe vermehrt aktiv waren.

Das motorische Netzwerk scheint somit seine Aktivität in Abhängigkeit von Fingerfertigkeit und Komplexität der Aufgabe zu modulieren. Hinweise für eine echte Plastizität im Sinne von neu aufgetretenen Hirnarealen, die die verloren gegangene Funktion ersetzen könnten, zeigten sich nicht. Das dargestellte Netzwerk ist vielmehr auch schon im gesunden Probanden vorhanden, hier jedoch so wenig aktiviert, dass es sich unterhalb der Detektionsschwelle der fMRT befindet. Erst mit höheren Anforderungen an dieses Netzwerk, sei es durch erhöhte Aufgabenkomplexität oder verminderte Fingerfertigkeit, kommt es zu einer neuronalen Antwort, deren hämodynamische Korrelate durch die fMRT sichtbar gemacht werden können.

Diese Studie zeigt somit erstmals an einem großen Patientenkollektiv, dass das motorische System in Abhängigkeit von der Komplexität einer Aufgabe, die ihrerseits abhängig von den aktuellen motorischen Fähigkeiten des untersuchten Patienten ist, als ein Netzwerk seine neuronale Aktivität anpasst. Die einzelnen Areale oder Knoten dieses Netzwerkes haben dabei teils redundante, teils eigenständige Aufgaben und können für andere, in ihrer Fähigkeit eingeschränkten Hirnbereiche einspringen indem die Aktivität des gesamten Systems hochreguliert wird.