ArchivDeutsches Ärzteblatt45/2006Jülicher Zukunftsforum Gesundheit: Von Struktur und Funktion des Gehirns

MEDIZINREPORT

Jülicher Zukunftsforum Gesundheit: Von Struktur und Funktion des Gehirns

Siegmund-Schultze, Nicola

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LNSLNS Bei einer Festveranstaltung zu seinem 50-jährigen Bestehen stellte das Forschungszentrum Jülich Ergebnisse seiner Grundlagenforschung auf den Gebieten der Neurowissenschaften und Biophysik vor.

Das Kernforschungszentrum Jülich feiert sein 50-jähriges Bestehen: Was 1956 als Atomforschungsanlage begann, hat sich zu einem international renommierten Kompetenzzentrum auf den Gebieten Gesundheit, Information, Umwelt und Energie entwickelt, wo rund 1 300 Wissenschaftler beschäftigt sind. Sein jährlicher Etat umfasst 360 Millionen Euro.
Entstanden ist das Zentrum in einer Zeit, als die friedliche Nutzung der Kernenergie vielen als Patentlösung für energiepolitische Probleme galt. Die Kernreaktoren, die ab 1958 auf einer Wiese im Staatsforst Stetternich entstanden, sind inzwischen zurückgebaut, die wissenschaftlichen Aufgabenstellungen haben sich vielfach gewandelt – so ist der Bereich Medizin hinzugekommen. Geblieben ist der Anspruch, zukunftsorientierte Forschung zu betreiben, inklusive einer Technikfolgenabschätzung. Geblieben sind auch Schlüsselkompetenzen wie Physik und Scientific Computing.
Bei einer Festveranstaltung stellte das Forschungszentrum Jülich, wie es inzwischen heißt, Vorhaben und Ergebnisse seiner Grundlagenforschung auf den Gebieten Neurowissenschaften und Biophysik vor. „Die Neurowissenschaften werden auch künftig noch einen starken Aufschwung erfahren“, sagte Prof. Dr. Joachim Treusch, der bis September Vorstandsvorsitzender war. In den letzten Jahren haben die Forscher in Jülich einen großen Teil der menschlichen Hirnrinde in ihren zellulären und molekularen Strukturen analysiert und daraus eine Art „Atlas“ erstellt.
Mit modernen Verfahren des „Neuroimagings“, des Überbegriffs für die strukturelle und funktionelle Bildgebung, soll die Arbeit des Gehirns bei gesunden und kranken Menschen detailliert sichtbar gemacht werden.
Blick in das zentrale Nervensystem: neuronale Zellkultur mit Immunmarkierung eines Antigens. Foto: Remo Hochwasser, Roche Basel
Blick in das zentrale Nervensystem: neuronale Zellkultur mit Immunmarkierung eines Antigens. Foto: Remo Hochwasser, Roche Basel
Trotz aller Erfolge der Neurowissenschaften warnte Gastredner Prof. Dr. D. Yves von Cramon (Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig) vor wissenschaftlichem Hochmut. So verführten die faszinierenden Bilder der funktionellen Magnetresonanztomographie dazu, dies schon für die ganze Wirklichkeit zu halten. Tatsächlich erlaubten die Bilder nur eine Annäherung an die Realität: „Mentale Prozesse sind ihrer Natur nach nicht separierbar“, hob von Cramon hervor. So ließen sich zum Beispiel Aufmerksamkeits-, Wahrnehmungs- und Gedächtnisfunktionen nicht eindeutig voneinander trennen. Aber: „Es schält sich immer stärker eine Konsistenz zwischen neuroanatomischen Arealen und der Funktion des Gehirns heraus.“ Ziel sei es, Methoden zu entwickeln, um örtlich und zeitlich immer näher an das neuronale Substrat mentaler Prozesse heranzukommen.
Nachteil der funktionellen Bildgebung sei, dass die Aktivität des Gehirns nur indirekt über hämodynamische Änderungen und mit einer zeitlichen Verzögerung von Sekunden gemessen werde. Neuronale Prozesse aber spielten sich innerhalb von Millisekunden ab. Künftig werde es möglich sein, ultraschwache Magnetfeldänderungen im Bereich von 200 Pico-Tesla im Gehirn mit der Magneto-Enzephalographie zu messen und damit prinzipiell in die Größenordnung der durch neuronale Aktivität direkt ausgelösten Magnetfeldänderungen zu gelangen. Kombiniert mit der Weiterentwicklung molekularer Marker als Magnetresonanzsensoren, deren anterograde Wanderung sich schon heute über mehrere Synapsen hinweg in Echtzeit verfolgen lasse, stehe noch ein Quantensprung in der Aufklärung der Struktur-Funktionsbeziehungen im Gehirn bevor.
Wie die Aufklärung solcher Struktur-Funktionsbeziehungen Kranken helfen kann, machte Prof. Dr. Karl Zilles deutlich, Forschungsdirektor des Bereichs Gesundheit. Dort fließen medizinische Grundlagenforschung und klinische Anwendungsorientierung zusammen. So haben Wissenschaftler aus Jülich erstmals sichtbar gemacht, welche Mechanismen den Aufmerksamkeitsstörungen nach einem Schlaganfall zugrunde liegen. Die Ergebnisse wurden dazu genutzt, spezifischere verhaltenstherapeutische Konzepte für die Rehabilitation zu entwickeln.
Auch einer wirksamen und möglichst schonenden neurochirurgischen Behandlung von Patienten mit schweren Epilepsien geht ein hochsensibles Neuroimaging voraus, unter anderem mit Magnet-Enzephalographie. So lässt sich der Anfallsherd präzise von Arealen abgrenzen, in denen beim Patienten zum Beispiel Sprach- und Sehfunktionen lokalisiert sind, welche bei einem operativen Eingriff geschont werden sollten.
Diagnostik mit radioaktiv-markierten Aminosäuren
Ebenfalls anwendungsorientiert ist ein Projekt am Institut für Biologische Informationsverarbeitung. Dort erforschen Prof. Dr. Dieter Willbold und sein Team Möglichkeiten zur Frühdiagnostik von Hirnerkrankungen, beispielsweise Morbus Alzheimer. Die Wissenschaftler entwickelten molekulare Sonden, die die Ablagerung von Beta-Amyloid-Plaques im Gehirn sichtbar machen. Die Sonden wurden bislang am Tier getestet. Ziel einer klinischen Anwendung sei die Frühdiagnose der Alzheimerschen Krankheit, noch bevor sich Symptome manifestieren, sagte Zilles.
In der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dieter Willbold (Institut für Nuklearchemie) werden radioaktiv markierte Aminosäuren zur präziseren Diagnostik von Hirntumoren wie Astrozytom oder Glioblastom mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) entwickelt. Die Aminosäuren werden wegen der erhöhten Proteinsynthese vom malignen Gewebe verstärkt aufgenommen. Mithilfe von 18Fluoroethyl-markiertem Tyrosin (FET) ließe sich der Tumor sehr viel genauer und schärfer in seinen Umrissen erkennen als mit normalem PET, berichtete Coenen. Das habe die Anwendung der Methode (FET-PET) an Patienten mit Glioblastom bereits bewiesen.
Am Institut für Medizin wurde in Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik Köln ein bedarfsgesteuerter Hirnschrittmacher für Menschen mit Parkinson-Syndrom und anderen neurologischen Krankheiten, zum Beispiel spinozerebellärer Ataxie (SCA), entwickelt. Der Hirnschrittmacher gibt immer dann einen Impuls, wenn Nervenzellen übermäßig synchron „feuern“. Denn die vermehrte Synchronisation von Nervenzellsignalen ist bei Morbus Parkinson eine Folge des Dopaminmangels und Ursache für die Bewegungsstörungen. Die Nervenzellaktivität wird im Unterschied zu herkömmlichen Hirnschrittmachern mit dem neu entwickelten Gerät nicht kontinuierlich, sondern lediglich bei tatsächlicher Überaktivität der betroffenen Hirnregionen durch elektrische Impulse unterbrochen.
„Wir desynchronisieren nicht nur die ‚getriebenen‘ Nervenzellpopulationen, sondern auch die ‚Treiber‘“, erläuterte Prof. Dr. Peter Tass (Institut für Medizin). Ziel der Behandlung sei, dass das Gehirn den übermäßigen Gleichtakt verlerne und sich der Schrittmacher damit auf Dauer überflüssig mache. Die Erforschung der Struktur und Funktionsweise des Gehirns bei gesunden und kranken Menschen, wie sie in Jülich betrieben wird, kann also die Basis bilden für neue Konzepte zur Steigerung der Hirnfunktion.
In die Tradition der Technikfolgenabschätzung passte eine Podiumsdiskussion zum Thema „Neurodoping – Chancen oder Risiken?“. Die Frage war, wie krank ein Mensch sein oder sich fühlen muss, damit die Einnahme von psychotropen Substanzen wie Methylphenidat gerechtfertigt ist. Der Wirkstoff verbessert die Konzentrationsfähigkeit von Personen mit Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitäts-Syndrom (ADHS). „Indiziert ist die Medikation nur, wenn die Symptome Krankheitswert haben und die Entwicklung des Kindes beeinträchtigt ist“, erläuterte Dr. rer. nat. Dipl.-Psych. Kerstin Konrad (Klinik für Kinder- und Jugendpsychiatrie der RWTH Aachen). Methylphenidat wirke aber auch bei Gesunden. „Was ist daher zu tun, wenn die Eltern vehement eine Medikation einfordern, obwohl der Arzt die Symptome des Kindes als Verhaltensvariante und nicht als Krankheit einstuft?“, fragte Konrad.
Hohes Anforderungsprofil
Von Cramon sieht eine deutliche Entwicklung hin zum Lebensmotto „funktioniere und siege“, welches die Arzt-Patienten-Beziehung beeinflusse. Ein immer höher werdendes Anforderungsprofil an den Einzelnen verstärke den Erwartungsdruck an den Arzt, auch von Gesunden, bestätigte Prof. Ludger Honnefelder, Bioethiker an der Universität Bonn. Die Ausweitung von Medikamenten zu Lifestyle-Zwecken sei Ausdruck eines Neoliberalismus, auf den die Pharmaindustrie reagiere, indem sie immer mehr Arzneien entwickele, die sich sowohl zur Behandlung von Kranken als auch zur Verbesserung des Lebensgefühls eigneten.
„Wir haben es immer häufiger mit einer Nutzung von therapeutischen Mitteln zu nichttherapeutischen Zwecken zu tun“, sagte Honnefelder. Die Grenze zwischen Therapie und Funktionsverbesserung verwische sich zunehmend, und es gebe keine eindeutige Antwort darauf, warum nicht auch ein Gesunder seine Hirnfunktion und damit seine Lebensqualität mithilfe von pharmazeutischen Substanzen verbessern solle. Es stelle sich allerdings die Frage, wie tief ein solcher Eingriff denn noch sein dürfe, damit der Mensch Subjekt der eigenen Lebensgeschichte bleibe.
Angesichts der wachsenden Möglichkeiten, das Gehirn mit chemischen Mitteln zu beeinflussen, forderten mehrere Diskussionsteilnehmer eine neue Form der Gesundheitsbildung, die vermittele, dass kontinuierliche Fremdunterstützung die Person letztlich schwäche. Denn selbst wenn ein Ethikrat eine Art Verhaltenskodex aufstellen würde: Wer sollte kontrollieren, ob sich die Menschen daran halten?
Dr. rer. nat. Nicola Siegmund-Schultze
Blick in das zentrale Nervensystem: neuronale Zellkultur mit Immunmarkierung eines Antigens. Foto: Remo Hochwasser, Roche Basel
zentrale Nervensystem
Blick in das zentrale Nervensystem: neuronale Zellkultur mit Immunmarkierung eines Antigens. Foto: Remo Hochwasser, Roche Basel

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