Hirn an Fuss, bitte kommen!

Dazu erarbeitete Erstautor Silvio Ionta w?hrend seines Forschungsaufenthaltes an der ETH Z¨¹rich eine Aufgabe, bei der die Probanden Bilder von fremden K?rperteilen wie Fuss und Hand sowie Ganzk?rperfotos gezeigt erhielten. Die Probanden konnten ihre eigenen H?nde und F¨¹sse w?hrend der Bildpr?sentation nicht sehen, hielten diese aber entweder parallel zueinander oder gekreuzt.

Die Probanden ¨C darunter je elf mit kompletter oder mit teilweiser Durchtrennung des R¨¹ckenmarks sowie 16 Kontrollprobanden mit intaktem R¨¹ckenmark ¨C mussten anhand der pr?sentierten Bilder die K?rperseite der gezeigten K?rperteile respektive des K?rpers bestimmen. Die Bilder wurden ¨¹berdies in verschiedenen Orientierungen gezeigt. Die Forschenden massen schliesslich die Reaktionszeit zwischen Bildpr?sentation und verbaler Antwort. ?Mit diesem Test k?nnen wir indirekt auf objektive Weise abfragen, ob und wie Hirn und Gliedmassen miteinander kommunizieren?, sagt Gassert.

Zustand des R¨¹ckenmarks entscheidend

Am schwierigsten war die Aufgabe f¨¹r Probanden mit vollst?ndiger R¨¹ckenmarksdurchtrennung. F¨¹r die Beurteilung der Lage und Orientierung des gesamten K?rpers brauchten sie deutlich l?nger ¨C bis zu 50 % mehr Reaktionszeit ¨Cals Probanden mit unversehrtem R¨¹ckenmark. ?Je st?rker das R¨¹ckenmark zerst?rt ist, desto gr?sser ist die Reaktionszeit f¨¹r die Beurteilung von Bildern des K?rpers, desto st?rker ist auch die Ganzk?rper-Repr?sentation im Gehirn ver?ndert?, sagt der ETH-Professor.

Das Gehirn nehme w?hrend dem Betrachten der Bilder unbewusst die eigene aktuelle K?rperlage wahr und diese beeinflusse die Beurteilung des Bildes. Sei das R¨¹ckenmark komplett durchtrennt, erhalte das Gehirn nur noch visuelle Reize. ?Die K?rperrepr?sentation ist somit gest?rt, und es f?llt den Betroffenen schwerer, die gestellte Aufgabe zu l?sen.?

Mit den Tests konnten die Forschenden aber auch eine Einsch?tzung dar¨¹ber gewinnen, wie stark die teilweise oder komplette Querschnittl?hmung die Repr?sentation der gezeigten K?rperteile beeinflusst. So war bei allen Probanden die Handrepr?sentation unver?ndert. Hielten die Probanden w?hrend den Tests ihre eigenen H?nde gekreuzt, stieg die Reaktionszeit bei allen drei Gruppen vergleichbar an.

Die Haltung der F¨¹sse jedoch beeinflusste die Reaktionszeit merklich. Dabei zeigten Probanden mit kompletter Querschnittl?hmung eine geringere Reaktionszeit, bis sie ihre Antwort formulieren konnten, als Probanden mit teilweiser L?hmung und gesunde Kontrollprobanden. Dies deutet darauf hin, dass das Gehirn von Menschen mit kompletter Durchtrennung des R¨¹ckenmarks den Fuss anders repr?sentiert als Menschen, deren Gehirn noch Informationen aus den unteren Extremit?ten empf?ngt.

Dass Probanden mit teilweiser oder kompletter L?hmung die Aufgaben ebenso genau und richtig wie gesunde Probanden l?sen k?nnen, heisst f¨¹r Gassert auch, dass die Repr?sentation im Gehirn dynamisch und anpassungsf?hig ist.

Exoskelette oder Prothesen mit Gedanken steuern

Die Studie hat laut Gassert auch Auswirkungen auf Rehabilitation und Therapie von Menschen mit Querschnittl?hmungen. ?Dieser Test kann in der Klinik dabei helfen, den Grad der Ver?nderung der K?rperrepr?sentation im Gehirn objektiv zu erfassen?, sagt der ETH-Professor.

Er kann sich aber auch vorstellen, dass die mit diesem Testverfahren gewonnenen Erkenntnisse dabei helfen, die Netzwerke im Gehirn, die f¨¹r die K?rperrepr?sentation zust?ndig sind, zu stimulieren und so aktiv zu erhalten, dies auch im Hinblick auf m?gliche Mensch-Maschinen-Schnittstellen. Diese k?nnten in Zukunft wichtig werden, um das Gehen mit Exoskeletten oder Prothesen zu erm?glichen.

?Dieser Ansatz k?nnte dabei helfen, die K?rperrepr?sentation auch nach einer R¨¹ckenmarksverletzung ?wach? zu halten. In einem zweiten Schritt k?nnte dies dazu dienen, mentale Befehle standardisiert zu erzeugen und damit ein Exoskelett mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle zu bewegen?, sagt Gassert.

Der Test wurde entwickelt von Roger Gasserts ehemaligen Mitarbeiter Silvio Ionta, der mittlerweile an der Universit?t Lausanne arbeitet. Mitgeleitet wurde Gasserts Studie von Armin Curt vom Zentrum f¨¹r Paraplegie der Universit?tsklinik Balgrist.