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Neurowissenschaftler beschreiben Regulator-System für Phantom-Empfindungen

Tinnitus und chronische Schmerzen kommen durch das gleiche Einfallstor

Josef Rauschecker und Markus Ploner.
Josef Rauschecker (l) und Markus Ploner. Foto: A. Heddergott / TUM

Forschung

Tinnitus und chronische Schmerzen haben mehr gemeinsam als ihre Fähigkeit, Millionen Menschen mit sehr realen Phantom-Empfindungen zu plagen. Seit mehr als dreißig Jahren kennen Wissenschaftler Ähnlichkeiten zwischen beiden Erkrankungen. Dank der Fortschritte in der Hirnbildgebung und in den damit verbundenen Untersuchungsmethoden konnten Forscher nun die strukturellen und funktionellen Grundlagen dieser Krankheiten genauer ins Visier nehmen. Offensichtlich gibt es ein zentrales Regulator-System, das sowohl bei chronischen Schmerzen als auch bei Tinnitus eine wichtige Rolle spielt. Forscherteams der TU München und des Georgetown University Medical Centers (USA) führen ihre jüngsten Erkenntnisse nun in einem Krankheitsmodell für beide Erkrankungen zusammen. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Trends in Cognitive Sciences publiziert.

Tinnitus-Patienten hören Geräusche, wo keine sind. Meist klagen Sie über ein Klingeln, Rauschen oder Summen “im Ohr”, obwohl der Ausgangspunkt solcher Wahrnehmungen eindeutig im Gehirn liegt. Oft ist Tinnitus mit einem Hörverlust verbunden, doch dieser reicht als Erklärung für das Phänomen nicht aus. Außerdem leiden nicht alle Personen mit Schädigungen an Hörnerven oder an den auditiven Schaltkreisen der Großhirnrinde unter einem Tinnitus. Einer Hypothese zufolge liegt der entscheidende Faktor darin, ob ein übergeordnetes kognitives System, das für das „Ausblenden“ negativer sensorischer Signale zuständig ist, normal arbeitet oder nicht.

Diese Betrachtungsweise für Tinnitus-Erkrankungen wurde 2010 von Prof. Josef Rauschecker vorgeschlagen und wird von Fachkollegen heute als „Paradigmenwechsel“ bezeichnet. Rauschecker ist Direktor des Labors für Integrative Neurowissenschaften und Kognition an der Georgetown University und Hans Fischer Senior Fellow am TUM Institute for Advanced Study. Dank verbesserter Techniken sind heute höher-auflösende Untersuchungen von Veränderungen im Gehirn möglich und in der Folge haben sich die bestätigenden Hinweise für diese Hypothese verdichtet.

Verschiedenste Untersuchungsmethoden führen zu einem Ergebnis

In enger Zusammenarbeit zwischen Rauscheckers Labor und dem von TUM Prof. Markus Ploner geführten PainLabMunich haben sich die Forschungen auf einen Bereich ausgedehnt, den Tinnitus mit chronischen Schmerzen gemeinsam hat. Ab jetzt hat diese Gemeinsamkeit einen bekannten Ort im Gehirn: Strukturelle und funktionelle Veränderungen im gleichen Hirn-Schaltkreis – dazu gehören der ventromediale präfrontale Kortex und der Nucleus accumbens, eine Kernstruktur im basalen Vorderhirn – können das Tor sowohl für Tinnitus als auch für Schmerzen öffnen, die lange über ihre eigentliche akute Ursache hinaus bestehen.

Die Liste der Untersuchungsmethoden, auf denen die vorliegende Arbeit gründet, ist lang. Sie umfasst die Funktionelle Magnetresonanztomographie (FMRT), Voxel-basierte Morphometrie, Arterielle Spinmarkierung, Positronen-Emissionstomographie, und Diffusions-Tensor-Bildgebung sowie Elektroenzephalographie und Magneto-Enzephalographie. Sie alle messen im wesentlichen Strukturmerkmale wie das Volumen der grauen Hirnsubstanz und funktionelle Eigenschaften wie die Netzwerkfunktion des Gehirns. Die Ergebnisse aus all diesen Ansätzen wurden mit entsprechenden neurochemischen Untersuchungen korreliert und unter deren Einbeziehung interpretiert.

Neue Erkenntnisse und vorsichtige Hoffnung

In ihrer aktuellen Veröffentlichung stellen Rauschecker und Ploner gemeinsam mit den Postdoktorandinnen Audrey Maudoux (Georgetown) und Elisabeth May (TUM) umfassende Beweise dafür vor, dass ähnliche Strukturen und funktionelle Systeme sowohl an Tinnitus als auch an chronischen Schmerzen beteiligt sind und wahrscheinlich in beiden Fällen eine zentrale Rolle spielen. Bei Patienten wurde in den vermuteten Gehirnregionen ein signifikanter Verlust der grauen Substanz und eine beeinträchtigte Funktion der Schaltkreise im Gehirn beobachtet. Dabei gab es erhebliche Überschneidungen zwischen den neurologischen Veränderungen bei Tinnitus- und bei Schmerzpatienten.

Alle diese Gehirnregionen sind auch wichtig für die Bewertung und die Regulierung von Sinneswahrnehmungen, sagt Rauschecker. „Diese Regionen agieren als zentrales Regulator-System, das den affektiven Wert der sensorischen Stimuli ermittelt – egal, ob der Stimulus im Gehirn entsteht oder von außen kommt – und den Informationsfluß im Gehirn reguliert. Tinnitus und chronische Schmerzen entstehen, wenn dieses System beschädigt ist“.

Die Forscher stellen die These auf, dass dieses neu identifizierte Regulator-System die Relevanz und den affektiven Wert von sensorischen Stimuli berechnet und den Informationsfluss entlang bestimmter Routen steuert, die mit sogenannten ausführenden Funktionen verbunden sind. Aus ihrer Sicht wird der Prozess von zwei wichtigen Neurotransmittern, Dopamin und Serotonin, gesteuert. Die Forscher argumentieren, dass Schäden an diesem System die Wahrnehmung sensorischer Signale in einer Art beeinflussen, dass entweder Tinnitus oder chronische Schmerzen entstehen können und in einer selbsterhaltenden Schleife andauern.

Die Wissenschaftler betonen, dass es besonders im Hinblick auf mögliche Behandlungsmöglichkeiten noch eine Reihe offener Fragen gibt. Dennoch sehen sie Gründe zu vorsichtigem Optimismus. Das bessere Verständnis für die Ursache der Krankheiten könnte zu einer standardisierten Erfassung der individuellen Risiken, Tinnitus oder chronische Schmerzen zu entwickeln, führen. Dadurch könnte sich ein Weg für präventive Maßnahmen und eine sehr frühzeitige Behandlung zum Beispiel mittels kognitiver Verhaltenstherapie, Physiotherapie und medikamentöser Therapie ergeben.

„Darüber hinaus“, ergänzt Markus Ploner, „könnte ein besseres Verständnis nicht nur eine frühere, sondern auch eine gezieltere Behandlung mit bestehenden und neuen Methoden wie z.B. mit Dopamin möglich machen.“ Ploner ist Oberarzt an der Klinik für Neurologie der TUM und Heisenberg Tenure Track Assistant Professor für Human Pain Research.

Die vorliegende Arbeit wurde gefördert durch Mittel von den nationalen Gesundheitsinstituten der USA (NIH - RC1-DC010720), der Amerikanischen Tinnitus Assoziation, der Skirball-Stiftung, der Tinnitus Research Initiative, und dem Tinnitus Research Consortium (J.R.); von der Belgian American Educational Foundation (A.M.); und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, DFG (PL 321/10-1, PL 321/11-1).

Publikation

Frontostriatal Gating of Tinnitus and Chronic Pain. Josef P. Rauschecker, Elisabeth S. May, Audrey Maudoux, and Markus Ploner. Trends in Cognitive Sciences, Sept. 23 2015.
DOI: dx.doi.org/10.1016/j.tics.2015.08.002

Kontakt

Prof. Josef Rauschecker
T: +49 089 2891 0557 oder +1 202 687 8842
E:  rauschej@georgetown.edu
W: http://www.tum-ias.de

Prof. Markus Ploner
T:  +49 089 4140 4608
E:  markus.ploner@tum.de
W: http://www.neurokopfzentrum.med.tum.de/neurologie/401.html

Markus Ploner und Josef Rauschecker.