Unser Denkorgan besitzt bekanntlich eine charakteristische Zweiteilung. Doch inwieweit sind beide Hälften für die Funktion des Gehirns nötig? Ein Leben mit einem halben Gehirn ist möglich, verdeutlicht eine Studie. Der Verlust einer kompletten Hemisphäre kann zwar schwerwiegende Folgen für die kognitiven Fähigkeiten haben. Doch in einigen Fällen können Betroffene sogar wie Gesunde denken und sprechen. Das Denkorgan kann den Verlust offenbar kompensieren. Den Untersuchungsergebnissen zufolge bilden sich dabei in der verbleibenden Gehirnhälfte ungewöhnlich starke Verknüpfungen zwischen unterschiedlichen Hirn-Netzwerken aus. Möglicherweise bildet diese funktionelle Anpassung die Grundlage für die erstaunliche Kompensationsfähigkeit des Denkorgans.
Kein Neuron in unserem Gehirn arbeitet für sich alleine. Stattdessen ist das Denkorgan in Netzwerken organisiert. Bestimmte Hirnregionen werden bei der Bewältigung gewisser Aufgaben und auch im Ruhezustand gemeinsam aktiv – sie sind miteinander verknüpft. Forscher sind sich inzwischen einig, dass diese funktionellen Verbindungen entscheidend für unsere kognitiven Fähigkeiten, unsere Emotionen und unser Verhalten sind. Vom Default-Mode-Netzwerk bis hin zum Aufmerksamkeitsnetzwerk: “Im Prinzip sind es eine Handvoll von Hirn-Netzwerken, die all unserer Kognition zugrunde liegen”, erklären Dorit Kliemann vom California Institute of Technology in Pasadena und ihre Kollegen.
Blick ins halbe Denkorgan
Viele der bekannten Netzwerke unseres Denkorgans erstrecken sich über beide Hirnhälften. Trotzdem gibt es Menschen, die über ein überraschend hohes Maß an kognitiven und sensomotorischen Fähigkeiten verfügen, obwohl sie nur noch eine Hemisphäre besitzen. Dies kann zum Beispiel bei Patienten mit bestimmten Formen schwerster Epilepsie der Fall sein – bei ihnen wird manchmal eine sogenannte Hemisphärektomie als Therapiemaßnahme durchgeführt. Wie verändert sich das Gehirn durch diesen drastischen neurochirurgischen Eingriff? Dies haben die Wissenschaftler nun am Beispiel von sechs Erwachsenen untersucht, denen im Alter zwischen drei Monaten und elf Jahren eine Gehirnhälfte entfernt worden war.
“Die Personen, denen wir uns gewidmet haben, sind hochfunktional. Sie haben zum Beispiel intakte Sprachfähigkeiten. Ich konnte mit ihnen Smalltalk halten wie mit jedem anderen Menschen”, berichtet Kliemann. “Fast vergisst man ihren Zustand, wenn man sie zum ersten Mal trifft.” Auf der Suche nach einer Erklärung für dieses Phänomen blickten die Forscherin und ihr Team mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) ins Denkorgan der Probanden. Diese wurden gebeten, sich zu entspannen, aber nicht einzuschlafen – so konnten die Wissenschaftler die spontane Hirnaktivität im Ruhezustand messen. Die Ergebnisse verglichen sie anschließend mit Aufnahmen von sechs gesunden Kontrollpersonen sowie Daten von knapp 1500 “normalen” Gehirnen aus einer Datenbank. Der Fokus lag dabei vor allem auf der Netzwerkstruktur: Wie arbeiten die Hirnregionen zusammen, die gemeinsam für Dinge wie Sehen, Bewegung, Emotionen und Kognition zuständig sind?
Erhöhte Kommunikation zwischen Netzwerken
Überraschenderweise zeichnete sich eine frappierende Ähnlichkeit zwischen der Gehirnaktivität bei Probanden mit nur einer Hirnhälfte und denen mit zwei Hemisphären ab. So stellten die Forscher fest: Beide Gruppen zeigten innerhalb der Hirnhälften eine ausgeprägte und vergleichbare Verknüpfung von Bereichen, die typischerweise einem funktionellen Netzwerk zugeschrieben werden. Das Ausmaß der globalen Konnektivität war bei beiden Gruppen letztlich ähnlich. Der entscheidende Unterschied jedoch: Fast alle Patienten mit nur einer Hemisphäre zeichneten sich durch eine deutlich stärkere Verknüpfung zwischen unterschiedlichen Netzwerken aus, wie Kliemann und ihre Kollegen berichten.
Die erhöhte Kommunikation zwischen einzelnen Hirn-Netzwerken könnte nach Ansicht der Forscher ein wichtiger Kompensationsmechanismus sein. Womöglich ist es diese funktionelle Reorganisation, die die Grundlage für den Erhalt der kognitiven Fähigkeiten nach dem Verlust einer Gehirnhälfte bildet. “Unsere Einblicke in die Gehirne dieser seltenen Patienten legen nahe, dass intrinsische Mechanismen der Hirnorganisation in nur einer Hälfte des typischerweise verfügbaren Kortex genügen, um eine umfangreiche kognitive Kompensation zu ermöglichen”, so das Fazit der Wissenschaftler. “Damit ergeben sich spannende neue Fragen über die neuronale Basis von Kognition und bewusstem Erleben.”
Wie kompensiert das Gehirn?
Kliemann und ihre Kollegen gehen diesem Phänomen derzeit weiter auf den Grund – sie untersuchen noch mehr Menschen mit atypischen Gehirnstrukturen. “So bemerkenswert wie es ist, dass es Individuen gibt, die mit nur einer Hirnhälfte weitgehend normal leben können: Manchmal kann schon eine kleine Gehirnverletzung etwa durch einen Schlaganfall, einen Unfall oder einen Tumor dramatische Folgen haben”, betont Kliemann. “Wir wollen verstehen, unter welchen Bedingungen sich das Gehirn reorganisieren und den Verlust einzelner Strukturen kompensieren kann. Daraus könnten sich eines Tages neue Strategien ergeben, um mehr Menschen mit Hirnverletzungen zu helfen.”
Quelle: Dorit Kliemann (California Institute of Technology, Pasadena) et al., Cell Reports, doi: 10.1016/j.celrep.2019.10.067
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