Der Körper wird durch einen Prozess reguliert, der Homöostase genannt wird. Dies ist die Aufgabe des Gehirns, das die Vitalzeichen ständig unter Kontrolle hält. Wenn man zum Beispiel mehr Sauerstoff benötigt, wird eine Nachricht an das Gehirn gesendet, das den Körper auffordert, Atmung und Herzfrequenz anzupassen. Bis heute wurden die an diesem Prozess beteiligten Neuronen nicht beobachtet. Dies ist nun dank einer Technologie zur Aufzeichnung des Gehirns, die bei Neurochirurgien eingesetzt wird, möglich.
Neurowissenschaftler der EPFL zeigen in Zusammenarbeit mit ihren Kollegen und Chirurgen vom Institut für Neurowissenschaften der Rockefeller University in West Virgine und der University of North Carolina in Chapel Hill, dass isolierte Neuronen ganz hinten im menschlichen Gehirn - zwischen dem Thalamus- und dem Subthalamuskern - die Vitalzeichen von Herz und Lunge kodieren. Damit liefern sie den ersten Beweis für die Existenz dieses Phänomens beim Menschen. Die Ergebnisse werden in PNAS veröffentlicht.
"Die Hypothese, dass es solche neuralen Verbindungen zwischen den inneren Organen des Körpers und dem Gehirn gibt, wurde auf der Grundlage einiger weniger Tierversuche und bestehender Arbeiten in der Anatomie aufgestellt", erklärt die Co-Erstautorin Emanuela De Falco am Labor für kognitive Neurowissenschaften, das von Olaf Blanke geleitet wird. "Wir haben herausgefunden, dass die Herz- und Atmungssignale eine große Anzahl von Neuronen betreffen."
Marco Solca, Co-Erstautor, fährt fort: "Es ist wichtig, diese Neuronen zu lokalisieren, da es uns hilft zu verstehen, wie die Kommunikation zwischen Körper und Gehirn in der Tiefe des Gehirns abläuft.
Die Kommunikation zwischen Körper und Gehirn ist auch dafür bekannt, dass sie bei mehreren wichtigen kognitiven oder affektiven Prozessen eine Rolle spielt. So beeinflusst sie beispielsweise die visuelle Wahrnehmung, die Regulation von Emotionen und die Entscheidungsfindung. Störungen der Körper-Gehirn-Kommunikation gelten als wichtiges Merkmal verschiedener psychischer Erkrankungen, darunter Angstzustände, psychosomatische Störungen oder Ess- und Stimmungsstörungen.
Die Stimulation des tiefen Gehirns bietet eine einzigartige Gelegenheit.
Die Studie erstreckte sich über mehrere Jahre und wurde in Zusammenarbeit mit Ali Rezai, einem Neurochirurgen und Leiter des Instituts für Neurowissenschaften an der Rockefeller University in West Virginia, durchgeführt. Es ging darum, die Aktivität isolierter Neuronen bei Patienten aufzuzeichnen, denen Geräte zur Tiefenhirnstimulation (DBS ) implantiert wurden, die zur Behandlung verschiedener Krankheiten eingesetzt werden.Bei der DBS werden Neuronen ganz hinten im menschlichen Gehirn mit einer Elektrode stimuliert. Vor dem Einführen der Elektrode entscheiden sich Neurochirurgen manchmal dafür, eine Mikroelektrode einzuführen, um die Gehirnaktivität aufzuzeichnen. Das Verfahren verbessert die Positionierung der Sonde. Wie schon in früheren Projekten , erkannten die Wissenschaftler der EPFL das Potenzial dieser Mikroelektrodenaufzeichnungen. Sie nutzten die Gelegenheit, um gleichzeitig ein Elektrokardiogramm der Patienten zu erstellen. Auf diese Weise erhielten sie gekoppelte Aufzeichnungen der neuronalen Aktivität und verschiedener Herz- und Atemsignale.
"Wir wissen jetzt, wo sich diese Neuronen befinden. Sehr zukünftige Studien könnten sich mit der Rückkopplungsschleife zwischen Herzschlag und neuronaler Aktivität im subkortikalen Gehirn befassen, sowie mit ihrer Beteiligung am Selbstbewusstsein , an willkürlichen Bewegungen oder am freien Willen", erklärt Emanuela De Falco. Allgemeiner gesagt, schafft diese Studie die Grundlage für mehrere zukünftige Entwicklungen zum Verständnis des Gehirns und im weiteren Sinne psychiatrischer Störungen."
