Phantomschmerz – was ihn auslöst und wie Ärzte ihn abschalten. Jetzt ist die Hirnforschung der lange gesuchten Lösung eines medizinischen Rätsels nahe: Das Gehirn verfügt über ein Set von „Karten”, die alle Teile des Körpers abbilden. Passen Körper und Karten nicht mehr zusammen, reagiert das Nervensystem offenbar mit Schmerzsignalen.
Norbert Maiers Kopf ist fast völlig unter einer Art überdimensionaler Fönhaube verschwunden, nur Augen und Mund sind noch frei. Am Institut für Medizinische Psychologie und Verhaltensneurobiologie der Universität Tübingen wird eine Magnetenzephalographie, kurz MEG, vorbereitet. “Klemmt es?”, fragt Dr. Eugen Diesch. “Nein? Dann legen wir los.”
Einige Minuten lang werden nacheinander die linke und die rechte Hälfte von Maiers Unterlippe mit einem schwachen Luftstrom gereizt, später der Daumen der rechten Hand. 143 Detektoren messen gleichzeitig das Magnetfeld an exakt definierten Punkten auf Maiers Kopfoberfläche, 64 zusätzlich das elektrische Feld. Aus den Daten errechnet ein Computer, wo Maiers Gehirn als Reaktion auf den Luftreiz aktiv ist, das heißt, wo es die Berührung von Lippe und Daumen wahrnimmt und zu einer Sinnesmeldung verarbeitet.
Sobald Nerven dicht unter der Schädeldecke aktiv werden, geben sie winzige Ströme ab – bislang meist im Elektroenzephalogramm (EEG) sichtbar gemacht. Das MEG erfaßt dagegen die magnetischen Wellen, die um die elektrischen entstehen. Das Verfahren ist so genau, daß es radikal neue Einblicke ins Gehirn gewährt. Nervenverbände von zwei Millimeter Größe können so auseinandergehalten werden.
Bei Norbert Maier zeigt sich etwas Ungewöhnliches. “Schauen Sie hier”, sagt Diesch und zeigt auf ein Computerdiagramm. “Der Tastreiz von der linken Hälfte der Unterlippe wird zwei Zentimeter weiter oben im Gehirn verarbeitet, als wir erwartet haben: etwa dort, wo wir eigentlich nur Aktivität messen sollten, wenn man die linke Hand stimuliert.” Tastreize auf der rechten Hälfte der Unterlippe verarbeitet das Gehirn dagegen an der vorhergesagten Stelle.
Maier ist Phantomschmerz-Patient. Er hat vor wenigen Wochen bei einem Unfall die linke Hand und einen Teil des linken Unterarms verloren. Phantomschmerzen wurden zwar schon vor mehr als 100 Jahren wissenschaftlich beschrieben, doch bis heute gibt es für sie keine Erklärung, geschweige denn eine Therapie (bild der wissenschaft 10/1998, “Hirngespinste”).
Es ist ein virtueller Schmerz, der aber für die Betroffenen quälend real ist. Manche beschreiben ihn als stechend, andere als glühend oder brennend. Manche empfinden die Schmerzen wie Stromstöße, oder sie fühlen scharfe Kanten unter den Fußsohlen, obwohl sie gar keine Füße mehr haben. Ratlosigkeit des medizinischen Personals kennzeichnet die Versorgung dieser Patienten. Wenn gar nichts mehr hilft und die Schmerzen nicht auszuhalten sind, werden als ultima ratio Elektroden in Hirnbereiche verpflanzt, in denen schmerzhemmende Nerven vermutet werden. Der Patient selbst aktiviert die Elektroden, wenn er die Schmerzen nicht mehr aushält. Doch nur jedem Dritten hilft diese Therapie, manchmal werden dadurch sogar zusätzliche Schmerzen ausgelöst. Jetzt geben neue Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung erstmals Anlaß zur Hoffnung auf eine wirksamere Behandlung.
“Aus Tierexperimenten war schon in den achtziger Jahren bekannt, daß es nach Amputationen oder Nervenverletzungen zu Umlagerungen im Gehirn kommt”, erklärt Herta Flor, Professorin für Klinische Psychologie und Verhaltenswissenschaft an der Berliner Humboldt-Universität. Reize werden nicht mehr dort verarbeitet, wo es bei Gesunden geschieht. Bei Versuchen mit Affen hatte dann 1991 der amerikanische Forscher Prof. Tim P. Pons aus Bethesda/Maryland gezeigt, daß sich die aktiven Zentren im Gehirn sogar mehrere Zentimeter weit verschieben können.
Ein Jahr später stellte an der Universität von Kalifornien in San Diego der Hirnforscher Prof. Vilayanur Ramachandran die Überlegung zur Debatte, solche Umlagerungen als Ursache für Phantomempfindungen zu erklären. Ramachandran hatte beobachtet, daß Menschen, denen die linke Hand amputiert worden war, Wassertropfen über diese Phantomhand laufen spürten, wenn sie in Wirklichkeit über ihre linke Wange flossen.
Er erklärte das damit, daß im Gehirn die Areale, die Sinnesempfindungen von der linken Hand und der linken Wange wahrnehmen, dicht beieinander liegen. Nach der Amputation sind die Nervenfelder für die linke Hand quasi arbeitslos. Dann kann es vorkommen, vermutet Ramachandran, daß ein Sinnesreiz von der linken Wange in die Wahrnehmungszentren der linken Hand weitergeleitet werde. Die reagieren, wie sie es immer taten und melden eine Berührung – an einer Hand allerdings, die nicht mehr da ist.
Die Berliner Psychologin Flor begann, den Somatosensorischen Cortex bei Amputierten genauer unter die Lupe zu nehmen. Dieser Teil der Großhirnrinde erstreckt sich als einige Zentimeter breites Band von Ohr zu Ohr (siehe Zeichnung). In ihm landet eine Fülle von Informationen von der Oberfläche unseres Körpers: Tastreize, Vibrationen, Berührungen, Hitze- und Kälteempfinden – und Schmerzimpulse. Informationen, die von Nerven aus einem bestimmten Körperabschnitt herangeleitet werden, landen immer in jeweils einem definierten Hirnareal. Das ergibt in der Summe mehrere “Karten”, in denen jedes Körperteil seinen festen Verarbeitungsplatz hat. Signale von der linken Körperhälfte werden dabei rechts im Gehirn wahrgenommen, Signale von rechts in der linken Hirnhälfte. Die “Kontinente” der Körperkarten sind obendrein gegenüber der Wirklichkeit durcheinandergemischt. Die Region, in der Tastreize von der Lippe verschaltet werden, grenzt zum Beispiel direkt an die Region für die Hand.
Vor drei Jahren fand Flor zusammen mit ihren Kollegen Prof. Thomas Elbert in Konstanz und Prof. Niels Birbaumer in Tübingen heraus, daß die Phantomschmerzen um so stärker sind, je mehr die Verarbeitung der Sinnesreize in der Großhirnrinde verschoben ist. Je weiter beispielsweise Informationen, die im Areal für die Unterlippe verarbeitet werden sollten, in das benachbarte Handareal vorgedrungen sind, desto stärker sind die Phantomschmerzen, wenn diese Hand fehlt.
Versuche mit Handamputierten haben die anfängliche Spekulation inzwischen belegt. Bei sechs Phantomschmerz-Patienten wurde durch örtliche Betäubung die Reizleitung aus dem Amputationsstumpf in Richtung Hirn unterbunden. Drei Patienten klagten weiter über Schmerzen, die Umlagerung in ihrer Großhirnrinde blieb stabil. Drei der Patienten erklärten dagegen, ihre Schmerzen hätten deutlich nachgelassen. Bei ihnen zeigte gleichzeitig das MEG, daß sich die Umlagerung der Signalverarbeitung im Gehirn verringerte. Der Effekt hielt für die Dauer der Lokalanästhesie an. Herta Flors vorläufige Bilanz: “Bei einigen Patienten ist die Information aus dem Stumpf die Ursache für den Phantomschmerz. Bei anderen Patienten muß es aber andere Gründe geben.”
Daß die Umlagerungen im Cortex die Schmerzen auslösen, beweisen die Versuche allerdings nicht. Vielleicht sind sie nur eine Begleiterscheinung eines Mechanismus, den man noch nicht gefunden hat. Dennoch liefert die Erkenntnis, daß die Signalverarbeitung im Gehirn nicht starr programmiert, sondern flexibel ist, Ansätze zu neuen Möglichkeiten, den Phantomschmerz zu lindern.
Daß das Gehirn sich generell neu organisieren kann – daß es plastisch ist -, wissen die Forscher erst seit kurzem. Wenn blinde Menschen die Braille-Schrift lesen, aktivieren sie zur Verarbeitung der Tastreize den visuellen Cortex – jene Region der Großhirnrinde, in der bei Gesunden nur die Information aus den Augen ankommt. Bei tauben Menschen funkt es im akustischen Cortex, wenn sie Vibrationen ausgesetzt sind. Bei Menschen, die hören können, landet hier nur Information aus den Ohren. Beides Beispiele, wie das Gehirn Areale, die ihren “normalen” Input nicht erhalten, anders nützt. Beim Phantomschmerz soll dies nun verhindert werden.
Herta Flor will dazu das Gehirn austricksen. “Wir testen derzeit, was es bringt, den Stumpf intensiv zu stimulieren.” Dazu dienen bei Amputierten myoelektrische Prothesen. Damit werden Muskelspannungen im Stumpf in elektrische Signale umgewandelt, die eine künstliche Hand bewegen. Je besser der Amputierte lernt, die Prothese durch Muskelspannungen zu steuern, um so leichter läßt sich dem Gehirn vormachen, daß die verlorene Hand noch da ist, hofft Herta Flor.
Es scheint zu funktionieren: Erste Versuche haben gezeigt, daß intensives Training sowohl die Umlagerungen im Gehirn als auch die Schmerzen verringert.
Wenn die Wahrnehmung wandert Wo einmal Sinnesreize von Fingern im Gehirn verarbeitet wurden, ensteht nach einer Amputation ein Empfindungsvakuum. In dieses Vakuum verlagert das Gehirn manchmal die Wahrnehmungsregion für Reize, die vom Mund ausgehen. Paradoxer Effekt: Eine Berührung der Lippen wird als Berührung der Phantomfinger gespürt. Nicht mit Täuschung, sondern mit direkter Beeinflussung des Gehirns arbeitet Dr. Rudolf Töpper, Oberarzt an der neurologischen Universitätsklinik in Aachen. Die Methode seiner Wahl heißt TMS (Transkraniale Magnetische Stimulation). Bei der TMS wird über den Kopf des Patienten eine Spule gehalten, die ein schnell wechselndes Magnetfeld erzeugt. Magnetfelder induzieren elektrische Ströme – und genau das tun auch Nerven, wenn sie Sinnesreize leiten. Die TMS reizt so Nervenzellen im Großhirn. Das fühlt sich so an, als ob jemand mit dem Finger gegen die Kopfhaut schnippen würde.
Hält man die Spule zum Beispiel über die Stelle im Gehirn, an der willkürliche Bewegungen gesteuert werden, dann zuckt ab einer gewissen Stärke des Magnetfelds plötzlich der kleine Finger an einer Hand der Testperson. TMS oberhalb des visuellen Cortex läßt bei Blinden verblüffenderweise für kurze Zeit deren Fähigkeit erlöschen, Braille-Schrift lesen zu können.
Töpper hat vor kurzem zwei Patienten mit TMS behandelt, die über starke Schmerzen in der Hand klagten, obwohl die Nervenleitungen aus dem Arm seit Jahren zerquetscht sind – vergleichbar mit Phantomschmerzen. Die Behandlung zeigte eine verblüffende Wirkung: Die Schmerzen wurden innerhalb von Sekunden deutlich gedämpft. Töpper: “Daß wir diesen Effekt nur beobachten konnten, wenn wir per TMS den rechten hinteren Scheitellappen der Großhirnrinde gereizt haben, zeigt, daß es sich nicht um einen Placebo-Effekt handelt.”
Dieses Areal verdächtigen viele Forscher, maßgeblich an der Entstehung von Phantomempfindungen beteiligt zu sein. Dort entsteht aus den vielen Signalen, die die Großhirnrinde aufbereitet, zusammen mit Informationen aus Augen und Ohren das uns bewußte Bild unserer selbst. Hier wird laufend überprüft, ob Arme und Beine am richtigen Platz sind, ob wir die Hand auf dem Weg zur Kaffeetasse noch etwas justieren müssen.
Ausfälle des hinteren Scheitellappens – etwa nach einem Unfall – führen zuweilen zu makabren Störungen in der Selbstwahrnehmung. Ein Beispiel: Der Patient liegt im Bett, sieht an sich hinunter und fragt den Arzt, wer das fremde linke Bein dort hingelegt habe.
Die TMS-Versuche in dieser Gehirnregion weisen darauf hin, daß diese Areale auch eine Rolle bei der Schmerzentstehung spielen. Allerdings hielt der positive Effekt der Behandlung nur für knapp eine Stunde an. “Das ist zu kurz”, sagt Töpper, “denn eine Dauertherapie mit dieser Methode kommt derzeit nicht in Frage. Wir wissen noch zu wenig über mögliche Risiken.” Er hofft aber, daß die Magnetstimulation unmittelbar nach Amputationen neue Erkenntnisse liefert: “Vielleicht können wir in diesem frühen Stadium die verdächtigen Umlagerungen der Signalverarbeitung im Gehirn rechtzeitig und langfristig unterbinden.”
Mit viel geringerem technischen Aufwand hat der kalifornische Hirnforscher Vilayanur Ramachandran schon 1996 erfolgreich behandelt. Er stellte zwölf Patienten, die nur noch eine Hand hatten, vor eine Spiegelkiste. Steven nahm den Spiegelkasten mit nach Hause und übte. Drei Wochen später war sein Phantomarm verschwunden, auch seine Schmerzen waren weg. “Wir hatten erreicht, was man die erste Amputation eines Phantomglieds nennen könnte”, sagt Ramachandran. Er berichtet über ähnliche Wirkungen bei anderen Patienten, aber die Berlinerin Herta Flor ist skeptisch: “Wir konnten den Effekt bei eigenen Versuchen mit zwei Patienten nicht bestätigen.”
Das Grundkonzept der beiden Wissen-schaftler liegt dennoch nicht weit auseinander. Ob mit Spiegelkasten oder myoelektrischer Prothese: Beide wollen dem Gehirn nach einer Amputation eines Körperteils zumindest vorübergehend die Illusion vermitteln, das fehlende Glied sei noch da. Ein bißchen scheint es, als müsse das Gehirn erst schonend an die Erkenntnis herangeführt werden, daß seinem Körper ein Stück fehlt – als bräuchte es Zeit, seine überholten “Karten” neu zu zeichnen.
Örtliche Betäubung gegen den Phantomschmerz?
Seit Ende der achtziger Jahre wechselt eine Studie die andere ab, und noch immer steht nicht fest, wie wirksam eine lokale Betäubung bei der Bekämpfung von Phantomschmerzen ist.
Die Theorie besagt, daß anhaltende Schmerzsignale von einem Körperteil zum Gehirn die Entstehung eines Schmerzgedächtnisses begünstigen. Je länger Nerven in Rückenmark und Gehirn Schmerzimpulse aus der Peripherie zugeleitet bekommen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, daß in ihnen genetische Programme zur automatischen Erzeugung von Schmerzimpulsen aktiviert werden. Diese Sensibilisierung als Ursache chronischer Schmerzen ist durch Versuche an einzelnen Nervenzellen belegt. Es steht auch fest, daß Patienten, die schon vor einer Amputation starke Schmerzen in einem Arm oder Bein hatten – etwa wegen Entzündungen oder Verletzungen – später häufiger an Phantomschmerzen leiden.
Eine Vollnarkose während einer Amputation schaltet zwar das Bewußtsein aus, unterbindet aber nicht die Schmerzleitung aus dem betroffenen Körperteil. Dafür ist zusätzlich eine lokale Betäubung nötig. Ob die aber einen Einfluß auf spätere Phantomschmerzen hat, ist umstritten.
Die bislang sorgfältigste Studie dazu machte 1997 eine dänische Arbeitsgruppe um Dr. Lone Nikolajsen von der Universität Aarhus. Die Patienten erhielten zusätzlich zur Vollnarkose während der Amputation eine örtliche Betäubung – entweder vor, während und nach der Operation oder nur nach der Operation. Ergebnis: Die örtliche Betäubung kann Phantomschmerzen nicht verhindern.
Etliche andere Untersuchungen kamen allerdings zu dem Ergebnis, daß eine lokale Narkose das Risiko der Entstehung von Phantomschmerzen sehr wohl verringert. Bis zum endgültigen Beweis des Gegenteils sollte also eine zusätzliche lokale Betäubung Standard bei jeder Amputation sein. Vielerorts bekommen die Patienten bislang dennoch nur eine Vollnarkose.
Die Patienten legten ihre noch intakte Hand in die eine Hälfte der Kiste und schauten von oben hinein – auf einen schräg angebrachten Spiegel. Der optische Trick führt zu dem Eindruck, daß die amputierte Hand wieder an ihrem Platz sei.
Einer der Patienten war Dick Steven. Seit er vor neun Jahren seine linke Hand verloren hat, plagen ihn Phantomschmerzen und das unerträgliche Gefühl, der linke Arm sei in der Stellung eingefroren, die er unmittelbar vor der Amputation der Hand hatte. Zunächst sollte Steven mit geschlossenen Augen versuchen, beide Hände zu öffnen und zu schließen. Mit rechts kein Problem, doch für den linken Arm über der fehlenden Hand hielt die Empfindung des Eingefrorenseins an. Als der Patient den Versuch mit geöffneten Augen wiederholte und dabei neben seiner rechten die gespiegelte “linke Hand” sah, stellte er nach ein paar Sekunden verblüfft fest: “Ich spüre, wie mein Arm sich bewegt.”
Bernhard Epping
