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Das Default Mode Network in der Schmerzmedizin

Unser Gehirn ist immer aktiv, selbst im wachen Ruhezustand, im “default mode”. Man spricht auch von der intrinsischen Aktivität des Gehirns, der Ruhezustandsaktivität. Dieser Ich-bezogene und selbstorientierte Zustand dient grob gesagt der “Innenschau” und der Schaffung eines Bezugssystems, ist die neurale Entsprechung des psychologischen Selbst (“neural self”). Es scheint in dieser Funktion einen Schlüssel zum Verständnis menschlichen Erlebens und Verhaltens darzustellen.

Intrinische Hirnaktivität = Ruhezustandsaktivität = default mode activity

Das allgemeine neurowissenschaftliche Interesse richtete sich nach Einführung der aussagekräftigen neuroradiologischen Verfahren fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie) und der PET (Positronenemissionstomographie) zunächst auf extrinsisch motivierte, umweltorientierte, reflexive Hirnareal-Aktivierungen, also auf die Frage, welche Hirnregionen zur Bearbeitung einer spezifischen Aufgabe herangezogen werden (d.h. während Stimulationsexperimenten im fMRT bzw. PET “zu leuchten” beginnen). Inzwischen ist es (technisch weitaus weniger aufwendig) möglich, auch mit Hilfe eines modifizierten EEG-Equipments, aktive von inaktiven Hirnregionen zu unterscheiden: einerseits mit Hilfe des quantitativen EEGs und anderseits durch die Messung langsamer corticaler Potentiale (SCPs=slow cortical potentials) als indirektes Maß für Aktivität und Konnektivität. Sie treten immer dann und dort auf, wo Gehirngebiete vernetzen und sich das Ausmaß an Aktivität verändert. Diese ereigniskorrelierten Potentiale bilden im Gegensatz zum EEG nicht die ständige Gehirnaktivität ab, sondern stellen eine mathematische Funktion derselben dar und beschreiben Aktivierung bzw. Deaktivierung.

Das Default Mode Network in der Schmerzmedizin

Das Default Mode Network in der Schmerzmedizin

Erst später entdeckte man, daß im (wachen) Ruhezustand nicht-zielgerichtete und nicht bewußt gesteuerte Hirnaktivität nahezu gleich viel Energie verbraucht wie ein beschäftigtes Gehirn, beschrieb dieses Netz zusammen agierender Hirnregionen zunächst als “task-negatives” (TN-) System und nennt es seit Raichle (2001) “default mode network” (DMN), obgleich sein Netzwerkcharakter erst 2003 von Greicius bewiesen werden konnte. Anatomisch gesehen besteht es aus einem medialen und einem lateralen Anteil, den kortikalen Mittellinienstrukturen (medialer präfrontaler Cortex, posteriores Cingulum) und einem lateralen parietalen Hirnbereich, wobei sich die Architektur des DMN im Laufe des Lebens stark verändert.

Ruhezustands-Netzwerk = default mode network

Es wird dazu genutzt, die Innenwelt zu scannen und sich mit sich selbst zu beschäftigen, manche sagen auch mit “dem Selbst”.

Das DMN übernimmt nicht bewußte, nicht intendierte, automatisch ausgeführte Scanvorgänge in Form einer Innenschau und spielt eine Rolle bei

  • stimulusunabhängigem Denken, Innenschau
  • Empathie (Verstehen der Emotionen anderer)
  • theory of mind (Verstehen der Intentionen anderer)
  • emotionale Bewertung von Situationen und Entscheidungen
  • Tagträumen, Erinnerungen, Gedanken an die Zukunft
  • Gedanken-Schweifenlassen (dient der Identitätsbildung)
  • der Kreativität
  • der Selbstreflexion
  • der Selbst- und Fremdwahrnehmung
  • dem autobiographischen Gedächtnis
  • beim Arbeitsgedächtnis
  • bei der Vermittlung zwischen Wissen und Fühlen (dem “Bauchgefühl”), letzteres wohl aufgrund der Verbindungen zum limbischen System

Es gibt weitere intrinsische, also bereits ohne äußeren Reiz aktive Netzwerke,

  • das somatomotorische Netz
  • das frontoinsuläre Aufmerksamkeitsnetz
  • das frontoparietale Aufmerksamkeitsnetz

Im Gegensatz zum DMN, das, wie bereits erwähnt, auf äußere Stimuli seine Aktivität herunterfährt, verlassen diese Systeme dann ihren Bereitschaftszustand und werden aktiv. Folglich lag es nahe, Aktivitäts- und Konnektivitätsänderungen auf mögliche klinische Implikationen hin zu untersuchen. Einige psychische und neurologische Erkrankungen weisen nämlich typische Veränderungen im DMN auf, wobei die Veränderungen das Ausmaß der synaptischen Aktivität einerseits (Aktivierung = Exzitation bzw. Deaktivierung = Inhibition) und der funktionellen Konnektivität (die Stärke des Zusammenspiels zwischen den Arealen) betreffen können. Erkrankungen, die bereits als ein Ausdruck gestörter Netzwerkstruktur bzw. -funktion identifiziert wurden, sind:

  • die Alzheimer-Erkrankung (reduzierte DMN-Aktivität, reduzierte DMN-Konnektivität)
  • Autismus (reduzierte DMN-Aktivität, reduzierte DMN-Konnektivität)
  • Schizophrenie (widersprüchliche Ergebniss hinsichtlich DMN-Aktivität und -Konnektivität)
  • Depression (reduzierte DMN-Aktivität, vermehrte DMN-Konnektivität)
  • die posttraumatische Belastungsstörung PTBS(unveränderte DMN-Aktivität, widersprüchliche Aussagen hinsichtlich DMN-Konnektivität)
  • ADHS (unveränderte DMN-Aktivität, verminderte DMN-Konnektivität)
  • die chronische Schmerzkrankheit (verminderte DMN-Aktivität, vermehrte Konnektivität)

Folgen für die Schmerzmedizin

Bei chronischen Schmerzstörungen lässt sich eine veränderte Dynamik des DMN im Sinne einer verminderten Aktivitätsminderung bei Bearbeitung selbst einfacher kognitiver Aufgaben feststellen: das DMN wird nicht wesentlich heruntergefahren und die “Innenschau” wird fortgesetzt. Für das Fibromyalgiesyndrom konnte eine erhöhte DMN-Ruhekonnektivität belegt werden, deren Ausmaß außerdem mit der Schmerzintensität korreliert zu sein scheint. Fazit: der Schmerzkranke betreibt bereits unter Ruhebedingungen eine intensivierte Innenschau, an der er auch dann festhält, wenn andere Aufgaben ihn davon abhalten sollten. Dieses Ergebnis deckt sich mit den Aussagen von Schmerztherapeuten, die gerade darin ein Musterbeispiel für dysfunktionales Erleben und Verhalten Schmerzkranker sehen. Noch offen ist die Frage, inwieweit Veränderungen im DMN möglicherweise nicht allein Schmerzfolge sind, sondern selbst aufgrund von genetischen und Lernprozessen (Prägung, Konditionierung, Modelllernen) die neurale Grundlage kognitiver und affektiver Dysregulation abbilden, die für die Bahnung der Schmerzchronifizierung verantwortlich sind. Die Schmerzmedizin hat aber eine weitere Rationale hinzugewonnen. Es bleibt dadurch nicht bei phänomenologischen Beschreibungen. Es gelingt vielmehr, morphologische und physiologisch-neurobiologisch-funktionelle Korrelate für jahrzehntealte Beobachtungen zu finden.

Interessant ist natürlich, ob relativ kurzfristig therapeutische Konsequenzen daraus gezogen und stringente Behandlungsoptionen zur Verfügung gestellt werden können. Wen wundert es, daß es wie so oft in jüngster Zeit, die neuromodulatorischen Verfahren sind, die dafür in Frage kommen:

das Neurofeedback in seiner modernsten Variante als SCP-Training, eine Methode zum Erlernen ein Selbststeuerung für Aktivierung und Deaktivierung im Bereich der Ableitungslokalisation. Derzeit wird noch hauptsächlich über Cz abgeleitet. Es bleibt weiterer Forschung vorbehalten, ob mit der Wahl eines anterioren DMN-Areals Verbesserungen der bereits vielversprechenden Erfolge erzielt werden können.
die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) könnte eine wertvolle Option zur Schwellenregulierung im DMN darstellen. Im Gegensatz zum Neurofeedback werden nicht körpereigene Ressourcen in Form einer internalen Stimulation eingesetzt, sondern man wählt die (aus Patientensicht passive) externale Anwendung und appliziert wiederholt elektromagnetische Impulssalven (etwa 2000 Impulse pro Sitzung), um im anvisierten Hirnareal feinste Ströme zu erzeugen, die Produktion von Hirnbotenstoffen anzuregen, synaptische Aktivität und Konnektivität zu erhöhen und letztlich in den ursprünglich katastrophalen Prozess der Neuroplastizität korrigierend einzugreifen. Zur zielgenauen Applikation setzen die Fortschrittlichsten der Fortschrittlichen computergesteuerte Neuronavigationsgeräte ein. Zur Zeit stimuliert man bei schmerztherapeutischer Indikationsstellung zumeist den Motorcortex im zugeordneten Areal oder Schmerzareal-unabhängig im linken M1 hochfrequent, also im Sinne einer Aktivierung. Unter Brücksichtigung obiger Forschungsergebnisse wäre zu erwägen, ob nicht eine hemmende, also niederfrequente, Stimulation der DMN-Regionen eine Alternative darstellte. Bekannt geworden ist die rTMS durch ihren Einsatz in der Depressionsbehandlung.
die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS). Im Gegensatz zur rTMS wird ein DC-Gleichstromgenerator und damit schwacher Gleichstrom (max. 2 mA) eingesetzt. Stimuliert wird in aller Regel anodal (also Ruhepotential-erhöhend) über M1, und zwar über angefeuchte 35 Quadratzentimeter messende Schwämmchenelektroden. Der Vorteil der Methode besteht darin, daß keinerlei kovulsive Problematik jemals beobachtet wurde und anderseits die Anschaffungskosten für das Equipment sich in einem erschwinglichen Rahmen bewegen (ca. 7000 €), während gute rTMS-Stimulatoren mit Neuronavigationssystem die 100.000 €-Grenze überschreiten und sich in Arztpraxen kaum amortisieren.

Andererseits muß man für eine moderne algesiologische Spezialeinrichtung fordern dürfen, daß die TZA-Opioid-Antikonvulsivum-Stereotypie endlich verlassen wird, daß psychotherapeutische, interventionelle und neuromodulatorische Konzepte angeboten werden und der hohe Selbstanspruch ein Korrelat erhält.

Dr.med.Dipl.Biol.Peter Tamme
Die Schmerzpraxis
Heinrich-Böll-Str. 34
21335 Lüneburg
www.die-schmerzpraxis.de
www.wege-aus-der-depression.de
www.abst-web.de
www.mbpt-eb.com

Weiterführende Literatur: 
Halko MA, Eldaief MC, Horvath JC et al (2010): Combining transcranial magnetic stimulation and fMRI to examine the default mode network. 
J Vis Exp, doi 10.3791/2271
Lou HC, Luber B, Stanford A et al (2010) Self-specific processing in the default network: a single-pulse TMS study. Exp Brain Res 207:27–38