Neuronales Wachstum im Gehirn kann das Phantom-Gliedmaßen-Syndrom erklären

Neuronales Wachstum im Gehirn kann das Phantom-Gliedmaßen-Syndrom erklären
Neuronales Wachstum im Gehirn kann das Phantom-Gliedmaßen-Syndrom erklären
Anonim

Eine der beunruhigendsten Nachwirkungen einer Arm- oder Beinamputation ist das Phantom-Gliedmaßen-Syndrom, bei dem die Person berichtet, Empfindungen von der verlorenen Extremität zu erh alten. Neurowissenschaftler der Vanderbilt University berichten über den ersten direkten Beweis dafür, dass ein signifikantes Wachstum und eine erneute Verbindung von Neuronen im Gehirn von Amputierten die Wurzel dieses Problems sein könnte. Der Befund kann letztendlich zu einer Behandlung der Phantomempfindung führen. Es weckt auch die Hoffnung, dass es möglich sein könnte, durchtrennte Rückenmarksverletzungen zu reparieren, wenn Wissenschaftler Wege finden, dieses Wachstum zu fördern und zu regulieren.

Neurowissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass das Phantom-Gliedmaßen-Syndrom und sein enger Begleiter, der Phantomschmerz, eine unangenehme Nebenwirkung des Versuchs des Gehirns sind, sich nach einer ernsthaften Störung der sensorischen Informationen, die es erhält, neu zu organisieren der Rest des Körpers. Die spezifischen Regionen des Gehirns in der Großhirnrinde, im Thalamus und im Hirnstamm, die sensorische Informationen aus dem zentralen Nervensystem verarbeiten, sogenannte somatosensorische Regionen, sind hochgradig organisiert, und diese Organisation beginnt sich nach einer Amputation oder einer schweren Rückenmarksverletzung zu ändern.

Schreiben in der Ausgabe vom 25. April der Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), Assistenzprofessoren für Psychologie Neeraj Jain und Sherre L. Florence, wissenschaftlicher Mitarbeiter Hui-Xin Qi und Psychologieprofessor Jon H. Kaas berichten, dass Neuronen in erwachsenen Gehirnen von Affen wachsen und neue Verbindungen in somatosensorischen Bereichen herstellen, wenn ihnen massiv sensorischer Input entzogen wird.Dies deutet stark darauf hin, dass das neuronale Wachstum der Reorganisation des Gehirns nach solchen Verletzungen zugrunde liegt, argumentieren sie.

"Wir vermuten schon seit einiger Zeit, dass dies der Fall ist", sagt Jain. „Aber bis vor kurzem war die vorherrschende Ansicht, dass diese Art von regenerativem Wachstum im erwachsenen Gehirn wahrscheinlich nicht auftritt. Hoffentlich wird diese neue Erkenntnis Wege aufzeigen, um Phantomempfindungen zu stoppen oder umzukehren, die mit der Zeit dazu neigen, realer zu werden.“"

Phantom-Gliedmaßen-Syndrom ist das dramatischste und mysteriöseste Beispiel für ein Phänomen namens neuropathischer Schmerz, Schmerz, der keine körperliche Ursache zu haben scheint, weil er von einem schlecht funktionierenden Nervensystem erzeugt wird. Neuropathische Schmerzen sprechen schlecht auf Standard-Schmerzbehandlungen an und können mit der Zeit schlimmer statt besser werden. Für manche Menschen wird es zu einer ernsthaften Behinderung.

In der PNAS-Studie berichten die Vanderbilt-Forscher über die Ergebnisse einer Reihe von Studien an Gehirnen erwachsener Affen, die Rückenmarksverletzungen erlitten oder denen aus therapeutischen Gründen ein Arm amputiert wurde.

Die Nervenenden in Hand, Arm, Gesicht und anderen Körperteilen sind über das Rückenmark mit dem Gehirn verbunden. Sensorische Informationen von jedem Teil des Körpers sind in bestimmten Bereichen des Hirnstamms, des Thalamus und des Cortex lokalisiert. Diese Bereiche zeigen sich in der Hirnrinde von Affen viel deutlicher als in denen von Menschen, da die Affenrinde glatt und nicht so stark gewunden ist wie die menschliche Hirnrinde. Dies hat es den Forschern ermöglicht, diese somatosensorischen Bereiche umfassend zu kartieren, und sie haben herausgefunden, dass die mit dem Gesicht verbundenen Bereiche neben denen liegen, die mit der Hand und dem Arm verbunden sind.

"Das menschliche Gehirn ist ähnlich aufgebaut. Menschen, die einen Arm verloren haben, berichten häufig, dass sie sich fühlen, wenn sie ihr Gesicht berühren, als ob die Empfindung von dem fehlenden Glied käme", sagt Jain.

Um festzustellen, wie sich das Gehirn der Affen mit Rückenmarksverletzungen oder amputierten Armen durch ihren Verlust verändert hatte, injizierten die Forscher zunächst eine Tracer-Verbindung in ihr Kinn.Als ihre Gehirne untersucht wurden, fanden die Wissenschaftler Hinweise auf den Tracer nicht nur in den Regionen des Gehirns, die mit dem Kinn in Verbindung stehen, sondern auch in den Bereichen, die mit der Hand und dem Arm in Verbindung stehen.

"Das zeigt, dass das Gehirn nicht stillsteht, sondern auf große Veränderungen reagiert", sagt Jain.

Wenn der sensorische Input von einem Teil des Körpers plötzlich verschwindet, reagiert das Gehirn, indem es den Bereich, der keine nützliche Funktion mehr erfüllt, neu programmiert. Dies ist ein sehr langsamer Prozess, der Monate bis Jahre dauert. Außerdem muss der sensorische Verlust massiv sein, um solche Veränderungen auszulösen: Das Gehirn hat andere Möglichkeiten, auf kleinere Beleidigungen zu reagieren, wie zum Beispiel den Verlust eines Fingers, sagt der Wissenschaftler.

Um festzustellen, ob das neuronale Wachstum an dem Umprogrammierungsprozess beteiligt war, wandten sich die Forscher dem Hirnstamm zu, wo die somatosensorischen Bereiche viel kompakter sind. Sie stellten die Hypothese auf, dass selbst ein bescheidenes neuronales Wachstum in diesem Teil des Gehirns erhebliche Konsequenzen haben würde.

Die Forscher fanden eindeutige Beweise dafür, dass Neuronen aus dem Gesichtsbereich im Hirnstamm verlängerte Axone hatten und eine Reihe von Verbindungen im Handbereich herstellten. Obwohl die Anzahl solcher Verbindungen begrenzt war, gab es genug, um viele der Neuronen aus dem Handbereich zu aktivieren, fanden die Forscher heraus.

"Wir schließen daraus, dass das erwachsene Primat [Zentralnervensystem] zu umfangreichem Neuwachstum fähig ist und dass das Wachstum selbst einiger weniger neuer Verbindungen einen großen Einfluss auf die funktionelle Organisation des Gehirns haben kann", schlussfolgern sie.

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