Mathematische „Chimären“ helfen, Parkinson besser zu verstehen

Die mathematischen Chimären dagegen, die Jülicher Forscher und Ärzte untersuchen, könnten für die Bekämpfung von Krankheiten wie Parkinson wertvolle Erkenntnisse liefern. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters stellen Peter Tass vom Forschungszentrum Jülich und seine Mitarbeiter Oleh Omel'chenko und Yuri Maistrenko neue Gesetzmäßigkeiten raumzeitlicher Synchronisationsprozesse vor. Sie untersuchten mathematisch das Verhalten einer großen Zahl von gekoppelten Oszillatoren, also schwingenden Systemen wie zum Beispiel Pendeln oder auch Neuronen im Gehirn.

Die bisherige Lehrmeinung besagt, dass räumlich ausgedehnte Populationen von gekoppelten Oszillatoren entweder alle auf unterschiedliche komplexe Weise im Takt schwingen oder völlig aus dem Takt sind. Die Mischform dieser extremen Zustände, also dass einige Oszillatoren im Takt und andere aus dem Takt sind, wird Chimäre genannt und war nur als theoretischer, in der Natur nicht vorkommender Spezialfall angesehen worden. Die aktuelle Veröffentlichung zeigt dagegen, dass Chimären gerade in medizinisch relevanten Situationen der natürliche Zwischenzustand sind, quasi ein Zustand höherer Ordnung, der aus geordneten und ungeordneten räumlichen Bereichen besteht. „Für einige verbreitete Systeme mit verzögertem Feedback und realistischer Stimulation gibt es einen weiten Parameterbereich, in dem nur Chimären stabil sind“, sagt Peter Tass, der in seiner Forschung mathematisch-physikalische Methoden für die Medizin nutzbar macht. Da die Parkinsonsche Krankheit eine fehlerhafte Synchronisation der neuronalen Oszillatoren im Hirn aufweist, könnten die vorliegen neuen Erkenntnisse langfristig auch die Behandlung von Parkinsonpatienten etwa mittels Hirnschrittmachern verbessern. „Aber auch fundamentale Fragen, wie die nach dem Mechanismus der Kommunikation von Nervenzellverbänden, werden hier berührt“, so Tass.

Chimera states: the natural link between coherence and incoherence, Omel'chenko et al, PRL 100, 044105 (2008), doi:10.1103/PhysRevLett.100.044105

Der Fachartikel im Netz:
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e044105
Mehr zur Forschung von Peter Tass
http://www.fz-juelich.de/portal/forschung/highlights/parkinson