Kann man das Gehirn reparieren?

Im Gehirn können minimale Störungen zu Lähmungen, Sprachlosigkeit oder sogar zum Tod führen. Deshalb wagen sich Chirurgen immer öfter an komplizierteste Operationen heran und dringen dabei tief in die Hirnstruktur ein. Sie verlegen Kabel im Gehirn, entfernen gezielt einzelne Windungen und manipulieren sogar die Kommunikation zwischen den Neuronen. Doch wie riskant sind derartige Eingriffe?

"Können Berge niesen?" Dass die 27-jährige Julia Fahmann diese Frage korrekt beantworten kann, ist nicht selbstverständlich. Denn die angehende Anwältin befindet sich in einer Ausnahmesituation. Seit fünf Stunden liegt sie auf der rechten Seite auf einem Operationstisch. Stück für Stück trennt der Chirurg Matthias Gerbricht Gewebe aus ihrem freigelegten Gehirn heraus. Julia Fahmann hat einen Gehirntumor. Er ist drei mal drei Zentimeter groß und liegt strategisch ungünstig. Denn um ihn herum befinden sich die Areale, die Bewegungen und Sprache steuern. Damit der Chirurg sofort bemerkt, wenn er gesundes Gewebe verletzt, muss Julia Fahmann während der gesamten OP bei vollem Bewusstsein sein. Jeder Muskel ihres Körpers spannt sich. Sie hat Angst. Die OP ist eine Tortur. Und das, obwohl die Patientin so gut wie keine Schmerzen hat. Denn im Gehirn verlaufen keine schmerzempfindlichen Nerven. Das Summen des Bohrers, der ihren Schädelknochen durchstößt, die Anweisungen der Ärzte und das Piepen der Geräte – jedes Detail erlebt sie mit. Dazu muss sie Fragen beantworten und in regelmäßigen Abständen eine Faust ballen. Eine Operation, die kaum zu ertragen ist – doch anders können Ärzte nicht verhindern, dass sie Fehler machen.

Zugespitzt formuliert, funktioniert jeder neurologische Eingriff nach dem Prinzip "trial and error" – probieren, scheitern und natürlich korrigieren. Die sofortige Rückmeldung des Patienten ist deshalb immens wichtig. Denn letztlich ist die genaue Funktionsweise des Gehirns noch weitgehend unbekannt. "Das Gehirn ist das komplexeste Organ im Universum, unfassbar komplex. Es besteht aus 100 Milliarden Nervenzellen, jede Zelle hat bis zu 10 000 Kontaktmöglichkeiten", so Volker Sturm, Chef der Neurochirurgischen Universitätsklinik in Köln. Doch die Schwierigkeiten schrecken die Wissenschaftler nicht ab. Im Gegenteil. Kein anderer Bereich der medizinischen Forschung entwickelt sich annähernd so schnell wie die Neurologie. Bisher behandelten Ärzte die Krankheiten des Gehirns fast ausschließlich mit Medikamenten. Die Strategie des Austestens hat inzwischen zu neuen Operationsmethoden geführt, deren Vielseitigkeit auf dem Feld der Medizin einzigartig ist. Strom, Hitze, Kälte, Amputation – der Wunsch, unser wichtigstes Organ zu reparieren, führte Forscher zu immer ausgefalleneren Techniken. Viele von ihnen wirken unglaublich, unrealistisch oder sogar kriminell. Fakt ist jedoch, dass Mediziner Menschenleben retten, indem sie etwa Gehirnareale unter Strom setzen, Nervenzellen erfrieren lassen oder sogar Gehirnhälften entfernen.

Julia Fahmann legt die Stirn in Falten. "Es kribbelt im rechten Arm." Gerbricht hält kurz inne. Das Kribbeln interpretiert er als Signal, dass das Bewegungszentrum gestört wurde – allerdings nur vorübergehend. Jeden Zehntelmillimeter des Gewebes, das Gerbricht entfernt, setzt er nämlich zunächst unter Strom. Mit etwa fünf Volt legt er den kleinen Bereich lahm. Handelt es sich bei dem betroffenen Areal um gesunde Zellen, reagiert die Patientin mit Sprach- oder Bewegungsstörungen. In diesem Fall belässt Gerbricht das getestete Gewebe im Gehirn. Reagiert die Patientin nicht, schneidet er es heraus. Strom ist inzwischen das Mittel der Wahl in der Gehirnchirurgie. Das, was Ärzte an diesem Operationswerkzeug fasziniert, ist, dass man seine Wirkung rückgängig machen kann. Alle Kommunikationsabläufe im Gehirn funktionieren mit Elektrizität. Diese Tatsache nutzen Ärzte, um die Arbeit des Gehirns zu manipulieren. Durch gezieltes Hinzufügen von Strom können die Zellen angeregt oder blockiert werden. Sind Ausfallerscheinungen die Folge, stellen die Ärzte den Strom einfach wieder ab. Dieses System ist inzwischen so ausgeklügelt, dass Wissenschaftler elektronische Chips tief ins Gehirn implantieren, die ein Areal dauerhaft unter Strom setzen – sogenannte Hirnschrittmacher. "Die Tiefenstimulation unterdrückt – bildlich gesprochen – das Störfeuer in den Nervenzellen der Patienten", erklärt Andreas Kupsch von der Charité in Berlin. Der Chip im Kopf kann so ganze Areale des Gehirns steuern. Chronische Schmerzen werden ausgeschaltet, die Ursache des Zitterns bei Parkinson-Patienten behoben, Verkrampfungen spastischer Lähmungen gelöst. Die Wirkungsweise des Chips wird dabei fast pausenlos optimiert. Parkinson-Patienten können inzwischen sogar die Stromstärke des Schrittmachers selbstständig regulieren und damit dem Ausmaß ihres Zitterns anpassen. Einfach per Fernbedienung.

Doch nicht nur die neuronalen Steuereinheiten des Körpers können im Gehirn manipuliert werden. Der Hirnschrittmacher ist in der Lage, unsere Psyche umzukrempeln: Der letzte Selbstmordversuch von Karsten Vosse liegt vier Monate und 16 Tage zurück. Es war der fünfte. Der Grund, weshalb er nicht mehr leben wollte, war immer derselbe: Depressionen. Mit wie vielen Psychologen Vosse in seinem Leben schon gesprochen hat, kann er nicht mehr sagen. Heute ist er davon überzeugt, dass er in Zukunft kein Therapiegespräch mehr führen wird. Was ihn jetzt glücklich macht, ist ein kleiner Chip in seinem Kopf. Feine Drähte führen unter seiner Haut entlang, die den Chip im Gehirn mit den Batterien in seinem Brustkorb verbinden. Die Batterien versorgen den Chip mit Strom. Dieser wirkt tief im Inneren des Gehirns und dämpft die Aktivität des sogenannten Nucleus accumbens, eines erbsengroßen Gehirnareals, das meist für Zwangsneurosen und Ängste verantwortlich ist. "Für mich ist die Hauptsache, jetzt wieder richtig leben zu können", berichtet Vosse. "Aber außerdem fasziniert mich, dass so etwas Emotionales wie eine Depression einfach mit einem Chip repariert werden kann."

Die Erfolge beim Reparieren des Körpers direkt an den Neuronen lassen die Mediziner ganz neue Wege beschreiten. Einer davon ist die Suchtbekämpfung. Forscher arbeiten an einer Alternative zum konventionellen Entzug. Sie führen erstmals neurologische Eingriffe durch, die die Sucht einfach entfernen. "Ein Heroinsüchtiger hat mit der Droge eine Lebenserwartung von etwa fünf Jahren. Das ist weniger als jemand, der an einem Gehirntumor leidet", erklärt der St. Petersburger Arzt Andrej Anchikov. "Ich finde, da ist auch so ein sehr aufwendiger Eingriff berechtigt." Anchikov hat die Russin Natalia Valajew operiert. Vor vier Jahren war sie vollgepumpt mit Heroin in der Toilette einer Bar gefunden und ins Krankenhaus eingeliefert worden. Die Ärzte fragten sie, ob sie an einem Experiment teilnehmen wolle. Sie willigte ein. Am Stereotaktischen Institut in St. Petersburg öffneten Neurologen ihr die Schädeldecke und führten eine minus 70 Grad kalte Sonde in ihr Gehirn ein. Nach zweieinhalb Stunden hatten die Chirurgen mehrere Windungen im Suchtzentrum mithilfe der extremen Kälte abgetötet. Das Ergebnis: "Ich habe nie wieder eine Spritze angerührt. Ich fühle mich wie früher, bevor die Sucht begann", berichtet die Russin.

Doch nicht nur Kälte ist ein Werkzeug der Hirnchirurgen. Extreme Hitze führt zu ähnlichen Ergebnissen. So zerstört Daniel Jeanmonod vom Zürcher Universitätsspital genau definierte Zellareale, indem er heiße Sonden durch kleine Löcher in die Schädeldecke einführt. Chronische Schmerzen, Epilepsie oder Tinnitus schaltet er auf diese Weise einfach aus. Wie das funktioniert? Das Gehirn arbeitet in einem bestimmten Rhythmus aus Gehirnströmen. Beschleunigt sich dieser oder gerät er aus dem Takt, können die genannten Krankheiten die Folge sein. Mit der gezielten Ausschaltung von winzigen Gehirnwindungen, reguliert Jeanmonod das Tempo der Hirnwellen. Die Symptome verschwinden gemeinsam mit den Störwellen.

Die Schädeldecke zu entfernen und Reparaturen direkt am Gehirn durchzuführen, gehört zu den riskantesten OPs überhaupt. Dennoch: Neu ist die Methode nicht. Im Gegenteil. Archäologen datieren die ersten erfolgreichen OPs auf 10 000 vor Christus. Erkennen kann man dies daran, dass die Menschen nach dem Eingriff mindestens so lange lebten, dass die Wunden am Schädel verheilen und vernarben konnten. Damalige Heiler operierten ähnlich wie heutige Ärzte, nur dass der Schädelöffnung weniger komplexe Eingriffe folgten. Meist wurde nur ein Bluterguss entfernt. Einige tausend Jahre später lassen Patienten noch dasselbe über sich ergehen – und retten damit ihr Leben. Jürgen Sehlert sitzt im Parkett eines Opernhauses und trägt einen Helm. Würden die anderen Gäste sehen, was sich darunter befindet, würde ihr Staunen wahrscheinlich in Entsetzen umschlagen. Denn der Helm bedeckt das nackte Gehirn. Der Schädelknochen befindet sich in der Klinik. Zwei Monate nach dem Opernbesuch, wird er Sehlert wieder aufgesetzt werden. Was grausam klingt, ist für Sehlert ein Glücksfall. Der 56-Jährige hatte einen schweren Schlaganfall erlitten. Bei dem Kurzschluss im Gehirn baut sich ein enormer Druck auf, in dessen Folge die Zellen ganzer Gehirnareale zerquetscht werden und absterben. Die Ärzte entschieden sich für eine Trepanations-Operation. Dabei wird dem Patienten die Schädeldecke abgenommen, sodass das Gehirn sich ungehindert ausdehnen kann. Der Kopf bleibt so lange offen, bis die Gehirnmasse wieder abgeschwollen ist. Das kann mehrere Monate dauern. Die Ergebnisse dieser Operation sprechen für den drastisch anmutenden Eingriff. 43 Prozent der Schlaganfall-Patienten konnten nach der Trepanations-OP wieder alleine gehen und selbstständig leben. Bei ausschließlich medikamentöser Behandlung gelang dies nur 21 Prozent.

Stromschläge und Sonden einzusetzen, ist aber nur eine Möglichkeit, das Gehirn zu reparieren. Eine andere rückt zunehmend in den Fokus. Sie baut auf eine der revolutionärsten Entdeckungen der Neurologie: die Flexibilität des Gehirns. Anders als lange angenommen, verändern sich die Strukturen in unserem Kopf ununterbrochen. Jede Handlung zieht einen plastischen Umbau der Verknüpfungen nach sich. Das Phänomen nennt sich Neuroplastizität. Es erklärt, warum Kinder, denen die Hälfte ihres Gehirns amputiert wurde, normal intelligente Erwachsene werden. Denn ist das Gehirn gefordert, passt es sich an. Stellt sich ein Schlaganfall-Patient immer wieder vor, wie sich sein gelähmter Arm bewegt, akquiriert das Gehirn neue Zellen, die in Zukunft für die Steuerung des Arms eingesetzt werden. Erste Erfolge dokumentiert die Medizin bereits. Forscher wissen inzwischen, dass in einigen Gehirnregionen sogar neue Stammzellen wachsen, die sich zu vollwertigen Neuronen entwickeln. Allerdings ist bislang ein Rätsel, warum sich die Zellen nicht in allen Gehirnregionen bilden. Um den natürlichen Prozess zu beschleunigen, haben Wissenschaftler inzwischen damit begonnen, die Züchtung von Gehirnzellen zu erforschen. Gelingt es, Neuronen im Reagenzglas heranzuziehen, werden Leiden wie Parkinson, Epilepsie oder Alzheimer bald der Vergangenheit angehören.

Dass wir denken, verdanken wir dem Strom, der in unserem Gehirn fließt. Über ihn treten die Milliarden Nervenzellen in unserem Kopf miteinander in Kontakt. Ein Hirnschrittmacher nutzt diese Kommunikationsweise der Nervenzellen und sendet ganz eigene elektrische Informationen. Tief im Gehirn bremst er zum Beispiel die Aktivität des Bewegungszentrums. Patienten mit Tourette-Syndrom ermöglicht er, wieder normal zu sprechen und die verkrampfte Körperhaltung zu lösen. Der Strom, mit dem der Chip gespeist wird, stammt aus Batterien, die dem Patienten in die Brust implantiert werden.

Wenn Bruchteile von Millimetern über Leben und Tod entscheiden, ist es schwer, eine ruhige Hand zu behalten. Für einen Roboter wie NeuroMate stellt sich das Problem nicht. Mit seinen fünf Gelenken ist er so beweglich wie ein Arm, arbeitet dabei aber deutlich präziser. Seine Bewegungen sind auf einen Zehntelmillimeter genau programmierbar. An der Frankfurter Uniklinik kam NeuroMate bereits mehrmals bei komplizierten Gehirnoperationen zum Einsatz.

Dass Mediziner Schädeldecken entfernen, ist nicht neu. Dass sie diese aber mehrere Monate in der Klinik konservieren, während der Patient mit freigelegtem Gehirn herumläuft, ist inzwischen möglich. Und dieses Verfahren rettet Menschenleben. Bei einem Schlaganfall schwillt das Gehirn in kürzester Zeit stark an. Weil es durch den Schädelknochen begrenzt ist, kann es sich nicht beliebig stark ausdehnen. Deshalb werden zahlreiche Zellen an der Schädeldecke zerquetscht. Wird diese entfernt, bleiben die Zellen intakt. Nach und nach nimmt das Gehirn wieder seinen ursprünglichen Zustand an. Ist es abgeschwollen, kann die Schädeldecke wieder aufgesetzt werden.

Das Rembrandt-Gemälde zeigt eine Obduktion, wie sie im 17. Jahrhundert stattfand. Wissenschaftler sind sich sicher, dass bereits vor 12 000 Jahren Menschen Schädeldecken auch an Lebenden öffneten und Gehirne operierten. Dass die OPs erfolgreich waren, lässt sich anhand der Narben auf noch erhaltenen Schädelknochen belegen.

Mithilfe eines Magnetfeldes gelingt es Wissenschaftlern, die Aktivität bestimmter Gehirnareale zu drosseln bzw. anzukurbeln. Das US-Verteidigungsministerium finanziert inzwischen Forschungen, die diese Transkranielle Magnetstimulation (TMS) in Soldatenhelmen anwenden wollen. Das Ziel: mittels der Manipulation Ängste abbauen und die Konzentrationfähigkeit stärken.

Per Gedankenkraft einen Computer bedienen? Mit einem implantierten Chip im Bewegungszentrum ist das möglich. Der meldet alle Informationen zur Gehirnaktivität an einen Computer, und dieser bewegt den Curser in die gewünschte Richtung.

Quelle: Welt der Wunder, 4/2008