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Grafische darstellung des Gehirns

"Signale bleiben im Großhirn stecken"

Der österreichische Neurowissenschaftler Gernot Supp forscht an Probanden im Dämmerzustand: Er hat herausgefunden, wie die Narkose das Bewusstsein lähmt. Ein Gespräch über verstopfte Mailboxen, tanzende Neuronen und Alien-Zustände im Alltag.

Narkose 18.11.2011

science.ORF.at: Was passiert während einer Narkose im Gehirn?

Gernot Supp: In der modernen Anästhesie werden viele verschiedene Narkosemittel eingesetzt. Sie docken an ganz unterschiedliche Rezeptoren an und verändern dadurch die Kommunikation zwischen den Nervenzellen. Dennoch haben alle Anästhetika eines gemeinsam: Sie führen zur Bewusstlosigkeit. Warum, war bisher nicht klar. Das haben wir nun mit dem Narkosemittel Propofol untersucht.

Was bewirkt diese Substanz?

Propofol ist eines der am häufigsten verwendeten Anästhetika. In der normalen Anwendung, also etwa vor einer Operation, führt es innerhalb weniger Sekunden zur Bewusstlosigkeit. Im Rahmen unserer Studie ließen wir diesen Übergang quasi in Zeitlupe ablaufen. Wir haben unseren Probanden schrittweise immer höher Dosen Propofol verabreicht und dabei ihre Gehirnaktivität untersucht.

Von der ersten bis zur letzten Dosis dauerte es wie lange?

Ungefähr eine Stunde. Anästhesisten interessieren sich normalerweise nur für jene Dosis, die mit großer Sicherheit das Bewusstsein ausschaltet. Wir interessieren uns hingegen für die Phase davor: Was passiert im Gehirn, wenn der Proband langsam wegdämmert?

Gernot Supp

Gernot Supp

Zur Person

Gernot Supp hat an der Universität Graz Biologie studiert, war danach am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften tätig und forscht seit 2006 am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.

Die Studie

"Cortical Hypersynchrony Predicts Breakdown of Sensory Processing during Loss of Consciousness", ist im Fachblatt Current Biology erschienen (doi: 10.1016/j.cub.2011.10.017).

Wir haben zwei Dinge untersucht. Erstens: Wie ändert sich die Grundaktivität des Gehirns bei der Narkose? Und inwieweit können Hirnareale unter Narkose auf äußere Reize reagieren? Früher glaubte man, dass die Großhirnrinde während der Bewusstslosigkeit nicht mehr für äußere Signale empfänglich sei. Das ist falsch.

Wir haben unseren Probanden Tastreize am Handgelenk verabreicht und festgestellt: Sie erreichen sehr wohl die erste Umschaltstation in der Großhirnrinde. Aber sie werden nicht in höheren Arealen weiterverarbeitet. Das ist vergleichbar mit einer Nachricht, die zwar in der Mailbox ankommt, aber nicht weitergeleitet werden kann. Und die Frage ist: Warum bricht die Verarbeitung der Signale in höheren Schichten der Großhirnrinde zusammen?

Haben Sie eine Antwort?

Die Antwort hat mit der Grundaktivität des Gehirns zu tun. Sie verschiebt sich unter dem Einfluss von Propofol zu einem abnormalen Zustand. Große Teile der Großhirnrinde beginnen synchron zu "feuern", die Nervenzellen sind plötzlich im exakt gleichen Takt aktiv. Das synchrone Muster entsteht zunächst im Stirnlappen und breitet sich dann in andere Areale aus. Und diese Synchronizität ist dafür verantwortlich, dass die Antworten auf äußere Reize in der Großhirnrinde steckenbleiben.

Könnte das auch für andere Narkosemittel gelten?

Das wurde noch nicht untersucht, aber ich vermute es. Wenn das ein allgemeiner Mechanismus ist, dann wissen wir jetzt, unter welchen Bedingungen Bewusstsein zusammenbricht. Beziehungsweise: Welche Bedingungen erfüllt sein müssen, damit Bewusstsein entstehen kann.

Ist der Schlaf mit dem Zustand der Narkose vergleichbar?

Die bewusstlosen Tiefschlafphasen haben eine gewisse Ähnlichkeit, die Frage ist nur: Wie entsteht hier die Bewusstlosigkeit?

Was glauben Sie?

Nachdem der Körper während des Schlafes natürlich kein Propofol ausschütten kann, muss es ein anderer Mechanismus sein. Aber eine Analogie drängt sich auf: Die Nervenaktivität im Tiefschlaf ist ebenfalls hochsynchron, allerdings in einer noch tieferen Frequenz als wir es beim Propofol gefunden haben.

Das Phänomen "Bewusstsein" - was ist das aus ihrer Sicht?

Bewusstsein ist eine effiziente Informationsverarbeitung, die immer dann auftritt, wenn wir Lösungen für Probleme suchen. Wenn wir vor Herausforderungen stehen und Informationen in einer neuen Art verknüpft werden müssen.

Angenommen das Leben wäre durch und durch Routine: Befänden wir uns dann am Rande der Bewusstslosigkeit?

Vielleicht. Manche Hirnforscher sprechen sogar von "alien behavoir" bei Routinearbeiten. So etwas ist vermutlich schon jedem passiert. Man sitzt auf dem Fahrrad, denkt über ein Problem nach und ist plötzlich drei Straßenzüge weiter und fragt sich: Wo war ich die ganze Zeit über mit meinen Gedanken? Man hat das Rad gesteuert, eine Kreuzung überquert, sich an die Verkehrsregeln gehalten - aber alles ohne bewusste Wahrnehmung.

Kommen wir nochmals zurück zur Synchronizität. Sie gilt als mögliche Lösung für eine ganz andere Fragestellung, nämlich für das sogenannte Bindungsproblem. Wie "weiß" das Gehirn, dass Geruch, Form und Farbe des Apfels zusammengehören, obwohl sie in unterschiedlichen Arealen verarbeitet werden? Die Antwort: weil die Neuronenverbände synchron arbeiten.

Das stimmt, allerdings gibt es hier einige wichtige Unterschiede. Erstens ist in diesem Fall die Frequenz der Neuronenaktivität deutlich höher als in unserem Experiment. Und zweitens betrifft sie nur einen kleinen Bruchteil der Neuronen. Propofol versklavt riesengroße Areale der Großhirnrinde.

Der Austausch von Sinnesinformationen bei der normalen Wahrnehmung entsteht hingegen durch immer neue synchrone Muster in kleinen Bezirken, die sich im Millisekundenbereich aufbauen. Diese Bezirke sind zwar manchmal durch den Takt verbunden, aber sie machen nicht alle dasselbe.

Narkose erzeugt eine Militärparade der Neuronen, und die Wahrnehmung ist ein kollektiver Tanz.

Der Psychiater und Neurowissenschaftler Giulio Tononi hat eine Theorie entwickelt, die genau das besagt. Wahrnehmung braucht differenzierten Austausch zwischen Nervennetzen. Ohne den Tanz der Neuronen gäbe es kein Bewusstsein.

Interview: Robert Czepel

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