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11. April 2005

Forschungspreis des Landes Baden-Württemberg geht an Prof. Dr. Herta Flor

Minister Prof. Dr. Frankenberg würdigt neue Erkenntnisse für Hirn- und Schmerzforschung – Mit 100.000 Euro dotiert – Preisträgerin ist Professorin der Universität Heidelberg

Der baden-württembergische Wissenschaftsminister Prof. Dr. Peter Frankenberg gab am 11. April die Träger des Landesforschungspreises 2004 bekannt. Mit dieser Auszeichnung, die zum 15. Mal vergeben wird, stellt das Wissenschaftsministerium einmal im Jahr herausragende Forscherinnen und Forscher der Öffentlichkeit vor. Das Preisgeld beträgt je 100.000 Euro für Arbeiten in den Bereichen Grundlagenforschung und angewandte Forschung. Mit dieser Dotierung vergibt das Wissenschaftsministerium das höchste Preisgeld eines Bundeslandes, "ein Beleg dafür, dass Wissenschaft und Forschung in Baden-Württemberg einen Schwerpunkt der Landespolitik bilden", so Frankenberg.

Den Landesforschungspreis für Grundlagenforschung hat die Psychologin Prof. Dr. Herta Flor vom Zentralinstitut für Seelische Gesundheit in Mannheim erhalten. Sie erforscht den Zusammenhang zwischen Gehirn und Psyche. Wie beeinflussen Vorgänge oder Veränderungen im Gehirn das menschliche Erleben und Verhalten? Wandelt sich zum Beispiel das Schmerzempfinden eines Menschen, wenn das Gehirn über bestimmte Reize stimuliert wird? Der Frage, wie Menschen ihr Gehirn selbst so beeinflussen können, dass sich beispielsweise ihr Schmerzempfinden positiv verändert, ist Herta Flor in ihren wissenschaftlichen Untersuchungen wiederholt nachgegangen. "Das Gehirn – und das ist es, was mich am meisten fasziniert – ist kein starres Gebilde, sondern durch äußere Einflüsse plastisch formbar, und das sogar bis ins hohe Alter", erklärte die Preisträgerin.

Den Landesforschungspreis für angewandte Forschung erhielt der Wirtschaftsethiker Prof. Dr. Josef Wieland von der Fachhochschule Konstanz.

Mit dem Preisgeld von je 100 000 Euro bietet sich den Forschern die Möglichkeit, ihre wissenschaftlichen Vorhaben weiter voranzutreiben oder neue Perspektiven und Handlungsspielräume zu eröffnen. "Die Bedeutung eines Preises hängt wesentlich davon ab, nach welchen Kriterien er vergeben wird. Beim Landesforschungspreis Baden-Württemberg sind die Maßstäbe sehr hoch", so Frankenberg. Vorgeschlagen werden können die Arbeiten von den Universitäten, Fachhochschulen, außeruniversitären Forschungseinrichtungen, wissenschaftlichen Organisationen sowie den Mitgliedern des Auswahlausschusses. Aus welchen Fachrichtungen die Bewerber kommen, spielt dabei keine Rolle. Die Entscheidung über die Preisvergabe trifft eine unabhängige Jury aus 14 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern.

Wo tut es weh?

Lange Zeit stand die Medizin hilflos vor dem hochkomplexen Phänomen des Schmerzempfindens. Denn Schmerz lässt sich nur sehr schwer messen, da jeder Mensch Schmerzen anders wahrnimmt. Nach der Annahme, wonach jedes Symptom 1:1 auf körperliche Ursachen zurückzuführen sei, lautete das Urteil vieler Ärzte lange Zeit schlicht: Je schlimmer die Schädigung, desto stärker der Schmerz. Doch das trifft allenfalls für akute Schmerzen zu. Nicht berücksichtigt sind in dieser Rechnung Patienten, die über chronische Schmerzen klagen oder darüber, dass es ihnen in Körperteilen weh tut, die gar nicht mehr da sind. Auch Herta Flor wollte sich mit dieser Erklärung nicht zufrieden geben: "Wenn nach einer Amputation das fehlende Glied plötzlich anfängt, stechend zu hämmern, muss hinter dem Phantomschmerz etwas anderes stecken, als ein einfaches Reizreaktionsschema. Ich war mir sicher: Wenn der amputierte Arm Schmerzimpulse meldet, kann es keine körperliche Ursache für den Schmerz geben, dann spielt sich der Reiz vielmehr im Gehirn ab. Und diesem im Kopf plötzlich entstehenden Phantombild wollte ich auf den Grund gehen."

Den Schmerz sichtbar machen

Entscheidende Impulse erhielt Prof. Flor von der "Tübinger Schule" der Psychologie, die bereits in den 60er- und 70er-Jahren die Selbstregulationskräfte des Gehirns untersuchte. Bio- oder Neurofeedback heißt der Zweig der Neurowissenschaft, der mit Hilfe von computergestützten Messungen die unbewusst ablaufenden Bio- und Nervensignale unseres Körpers registriert. Grafisch oder akustisch aufgezeichnet, tauchen die Signale aus den tieferen Schichten unseres Bewusstseins auf und gelangen in einen Bereich, der über unseren Willen steuerbar ist. Über einen Monitor kann der Patient seine Schmerzsignale genau verfolgen und über gezielte Trainingsmethoden willentlich kontrollieren. Schmerz ließe sich auf diese Weise ganz einfach wegtrainieren.

Wie Menschen ihr Gehirn selbst so beeinflussen können, dass sich beispielsweise ihr Schmerzempfinden positiv verändert, diese Frage hat die Psychologin und Schmerzforscherin Herta Flor in ihren wissenschaftlichen Untersuchungen immer wieder verfolgt. "Das Gehirn ist kein starres Gebilde, sondern formbar bis ins hohe Alter." Plastizität sagen Mediziner zu diesen Umbauprozessen in der Architektur der Hirnrinde. Über bildgebende Verfahren wie die funktionelle Magnetresonanz-Tomografie (fMRT) konnte die Psychologin beispielsweise nachweisen, dass sich nach einer Amputation die Repräsentation eines Körperteils im Gehirn verändert.

Für diese lokale Verschiebung im Gehirn ist die Großhirnrinde verantwortlich. Hier, in der so genannten Tastrinde, kommen die Nervenimpulse der gesamten Körperoberfläche an. Dabei ist für jedes Körperteil ein eigenes Gehirnareal zuständig. Denn im Gehirn ist der ganze Körper des Menschen noch einmal im Miniaturformat gespiegelt; im Fachjargon sprechen die Mediziner vom Homunkulus, lateinisch "kleiner Mensch".

"Man muss sich die schmerzverarbeitenden Teile des menschlichen Gehirns wie eine Landkarte von unserem Körper vorstellen", erklärt die Expertin Herta Flor, "nur dass die Körperkontinente spiegelverkehrt angeordnet sind: Signale aus der linken Körperhälfte werden in der rechten Hirnhälfte verarbeitet, Nervenimpulse von rechts kommen im Gehirn links an." Das verkleinerte Spiegelbild Mensch entspricht aber nicht der tatsächlichen Anatomie, sondern der menschlichen Sinneswahrnehmung. Hochempfindliche Körperteile wie Mund oder Fingerspitzen, die mehr Nervenimpulse empfangen, nehmen in der Körperkarte des Gehirns auch ungleich mehr Platz ein als beispielsweise Rücken oder Oberarm.

Chaos im Gehirn

Durch Verletzungen oder äußere Stimulation verändert sich die Körperkarte des Gehirns. Bislang kleine Hirnareale können unter starker und lang anhaltender Schmerzeinwirkung beispielsweise überdimensional anschwellen oder sich in benachbarte Regionen verlagern. Wird einem Patienten nach einem Unfall der Arm abgenommen, organisieren sich die reizverarbeitenden Areale aufgrund der Plastizität des menschlichen Gehirns neu. Die Hirnregion, die im Normalfall Nervenimpulse vom Arm empfängt, verschiebt sich zum Beispiel in das benachbarte Areal des Mundes.

"Die über Jahre gelernte Verbindung Arm zu Gehirn bleibt auch nach der Amputation bestehen. Ist der Arm weg, empfängt das dafür zuständige Gehirnareal auch weiterhin Impulse, nun aber aus der Nachbarschaft. Die Signale werden jedoch nach wie vor anscheinend in dem Körperteil wahrgenommen, das ursprünglich mit dem Gehirnareal verbunden war, also im amputierten Arm", erklärt Prof. Flor das Phänomen der Phantomschmerzen.

Auch bei Patienten, die beispielsweise unter chronischen Gesichtsschmerzen (Trigeminus-Neuralgie) leiden, hat sich die Hirnregion unter den anhaltenden Schmerzen so vergrößert und mit Nervenzellen verdichtet, dass schon kleine Berührungen ausreichen, um ein erneutes Schmerzgewitter auszulösen. Das Gehirn verändert sich aber nicht nur durch Schmerzen und Verletzungen, sondern auch – und das ist für neue Therapieformen ganz entscheidend – durch Lernprozesse und Stimulation. "Wir konnten beispielsweise feststellen, dass bei Schlaganfall-Patienten durch ein gezieltes Armtraining neue Areale des Gehirns aktiviert werden können."

Eine gemeinsame Sprache finden

Aus diesen Beobachtungen schloss die Psychologin und Verhaltenstherapeutin Herta Flor, dass die physiologische Karte des Gehirns über Trainingsmethoden gezielt verändert werden kann. Krankhaft vergrößerte Gehirnpartien, die Schmerz auslösen, weil in ihnen ein dichtes Netzwerk aus Nervenzellen aktiv ist, können aber durch Lernprozesse wieder reorganisiert werden. Das öffnet die Tür zu einer ganz neuen Form der Zusammenarbeit zwischen Psychotherapie, Neurowissenschaft und Molekularbiologie.

"Wir müssen die genetischen, molekularbiologischen, neurowissenschaftlichen Grundlagen kennen, um das Phänomen der Veränderbarkeit und Trainierbarkeit des Gehirns auch wirklich zu verstehen", beschreibt Herta Flor die Notwendigkeit einer neuen gemeinsamen Sprache zwischen den Disziplinen. "In solchen fächerübergreifenden Kompetenznetzwerken liegt ein immenses Potenzial zur Behandlung von Schmerzen, Angststörungen oder Depressionen."

Ordnung schaffen durch Training

Selbst nach einem Schlaganfall besteht durch intensive Lernmethoden die Chance, ausgefallene Körperfunktionen wieder zu mobilisieren. Das kann zum Beispiel dadurch passieren, dass der gesunde Arm in einer Schlinge lahm gelegt wird, während der eigentlich nicht mehr funktionsfähige Arm gezwungen wird, sich zu bewegen. "Das Interessante an unseren Forschungsergebnissen war, dass sich sogar bei hochbetagten Schlaganfallpatienten, bei denen der Schlaganfall schon Jahre zurückliegt, das Gehirn noch trainieren lässt", erzählt Herta Flor von den Versuchen mit dieser Patientengruppe. "Wir konnten beispielsweise zeigen, dass nach der Trainingsphase die Aktivität der ausgefallenen Hirnregion in die andere Hirnhälfte hinüberwandert. Hier werden plötzlich Nervenbahnen aktiviert, die das eigentlich abgestorbene Gehirnareal kompensieren."

Therapeutisch müssen dabei Teile der Hirn-Hardware neu programmiert werden, um über Jahre erlernte Muster wieder wegzutrainieren, das heißt zu "verlernen". Bei chronischen Erkrankungen wie chronisch störenden Ohrgeräusche (Tinnitus) wird beispielsweise versucht, das von den Nervenzellen entwickelte Gedächtnis über Trainingsverfahren wieder vergessen zu machen. Für die moderne Gehirnforschung sind diese Erkenntnisse revolutionär: Denn es sind nicht allein Psychopharmaka und Pillen, die uns wieder auf die Füße helfen, entscheidend ist in erster Linie unser Lern- und Trainingswille.

Glossar:
Funktionale Magnetresonanz-Tomografie (fmRT)
Die fmRT ist ein bildgebendes Verfahren, über das gezielt bestimmte Gehirnstrukturen bei der Arbeit beobachtet werden können. Gemessen wird die erhöhte Suaerstoffversorgung infolge einer gesteigerten Durchblutung. Die fmRT-Methode kann dadurch funktionelle Abläufe im Gehirngewebe in Form von Schnittbilderserien darstellen.

Homunculus
In der Anatomie des Gehirns werden Repräsentationen von Körperteilen als sensorischer Homunculus bzw. motorischer Homunculus verstanden. Für alle sensiblen und motorischen Bahnen gibt es eine Punkt-zu-Punkt-Zuordnung zwischen der Köperperipherie und dem Gehirn. Diese Projektionen vom Körper auf das Gehirn entspricht den sensorischen und motorischen Rindenfeldern. Für besonders feinsensible oder feinmotorische Körperabschnitte (z. B. Finger) stehen recht große Rindenareale zur Verfügung. Weniger schmerzempfindliche Körperteile (z.B. Bauch) haben nur relativ kleine Rindenfelder.

Plastizität
Der Begriff bezeichnet in der Neurowissenschaft die Veränderbarkeit und Formbarkeit des menschlichen Gehirns. Neuronale oder synaptische Plastizität umschreibt in der Hirnforschung die Verbindung zwischen den Nervenzellen. Unter Schmerzeinwirkung oder Training verdichtet sich das Netz an Nervenzellen im Gehirn und das entsprechende Areal vergrößert sich.

Trigeminusneuralgie
Die Trigeminusneuralgie führt zu Gesichtsschmerzen und ist eine schmerzhafte Erkrankung des gleichnamigen Nerven, des Nervus trigeminus, an seinem Austrittsgebiet aus dem Hirnstamm. Dieser Nerv übermittelt normalerweise Empfindungen im Bereich des Gesichts direkt in das Gehirn und wird daher auch Hirnnerv genannt. Neuralgie bedeutet, dass heftige, meist einseitige Nervenschmerzen im Bereich der Kaumuskulatur, der Lippen, Zunge oder Wangen auftreten.

Tinnitus
Tinnitus (lat. tinnire = klingeln, laut singen) ist der medizinische Ausdruck für Ohrgeräusche oder Ohrsausen. Die pfeifenden Ohrgeräusche gehen auf Umstrukturierungen der Nervenzellen im Hörzentrum des Gehirns zurück. Mediziner unterscheiden zwischen objektiven und subjektiven Ohrgeräuschen; Töne, die messbar sind und solche, die nur der Patient wahrnimmt. Lärmschäden, Stress, Gefäß- oder Muskelerkrankungen sind die häufigsten Auslöser für Tinnitus.

Rückfragen bitte an
Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg
Pressestelle
Königstraße 46, 70173 Stuttgart
Tel. 0711 279 3005, Fax 279 3081
pressestelle@mwk.bwl.de
http://www.mwk.baden-wuerttemberg.de

Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
http://www.uni-heidelberg.de/presse

Rückfragen für die Redaktion:
Sympra GmbH (GPRA)
Nicole Steiger
Stafflenbergstraße 32, 70184 Stuttgart
Tel. 0711 947670, Fax 9476787
nicole.steiger@sympra.de


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